Laju perpindahan panas menyatakan seberapa cepat energi termal berpindah dari satu titik ke titik yang lain karena perbedaan suhu. Setiap mekanisme mempunyai persamaan gerak (governing equation) yang berbeda karena fisiknya yang berbeda.
1. Konduksi – Hukum Fourier
Dengan rumus:
Dimana k = konduktivitas termal material (W/m.K), A = luas penampang tegak lurus arah aliran panas, dT/dx = gradien suhu.
Konduksi terjadi melewati molekul atau pergerakan elektron bebas, sehingga medium padat atau fluida diam.
2. Konveksi – Hukum Pendinginan Newton
Dengan rumus:
Dimana h = koefisien perpindahan panas konveksi
, bukan properti material tapi tergantung karakteristik aliran, T_s = suhu permukaan, T_tak-hingga = suhu fluida bebas.
Konveksi menggabungkan konduksi di lapisan batas (boundary layer) dengan pergerakan fluida (adveksi). Dibagi menjadi:
- Konveksi Paksa (Forced) – aliran digerakkan eksternal seperti fan dan pompa
- Konveksi Alami (Natural/Free) – aliran digerakkan gaya apung akibat perbedaan densitas
Nilai h biasanya diperoleh dari korelasi bilangan tak berdimensi seperti Nu = f(Re,Pr) untuk forced konveksi, atau Nu = f(Gr,Pr) untuk natural konveksi
3. Radiasi – Hukum Stefan-Boltzmann
Dengan rumus:
Dimana
= emisivitas permukaan (0-1, tergantung material),
= konstanta Stefan-Boltzmann
Radiasi tidak membutuhkan medium, menjadikan satu-satunya yang bisa terjadi di ruang hampa melewati gelombang elektromagnetik. Pengaruhnya baru signifikan pada perbedaan suhu besar karena sifat pangkat empatnya.
