Atom-atom dan molekul-molekul yang menyusun suatu zat selalu bergerak. Gerakan inilah yang memberikan suhu pada suatu bahan: semakin banyak molekul bergerak, semakin tinggi suhunya. Energi panas hanyalah energi yang dimiliki oleh suatu zat karena pergerakan atom atau molekulnya. Penting untuk tidak membingungkan ini dengan panas, yang merupakan energi yang ditransfer dari satu tempat ke tempat lain. Energi panas telah lama dimanfaatkan oleh manusia untuk memasak, memanaskan, pembangkit listrik dan industri.
Radiasi, Konduksi dan Konveksi
Kalor didefinisikan sebagai energi yang dipindahkan dari satu daerah ke daerah lain, selalu mengalir dari daerah yang suhunya lebih tinggi ke suhu yang lebih rendah. Ini dapat ditransfer melalui radiasi inframerah, suatu bentuk radiasi elektromagnetik dengan rentang panjang gelombang yang terletak di antara gelombang radio dan cahaya tampak. Ini berinteraksi dengan materi untuk menyebabkan molekul bergerak dengan kecepatan yang lebih tinggi, yang terlihat sebagai kenaikan suhu: bahan menjadi hangat atau panas, karena energi telah ditransfer dari sumber radiasi ke bahan yang menyerapnya. Misalnya, jika suatu benda jika dipegang di dekat nyala api, benda itu menjadi panas karena radiasi infra merah dari nyala api.
Transfer juga dapat dilakukan dengan dua metode lain. Dalam konduksi, pergerakan molekul di daerah panas menyebabkan peningkatan gerakan di daerah yang lebih dingin karena molekul bertumbukan satu sama lain. Misalnya, jika sendok logam dipegang dalam nyala api, ujung sendok yang lain akhirnya akan menjadi panas.
Konveksi melibatkan pergerakan wilayah gas atau cairan yang lebih hangat dari sekitarnya. Misalnya, Matahari memanaskan tanah, yang pada gilirannya memanaskan udara, yang kemudian bergerak ke atas, karena udara hangat kurang padat daripada udara dingin di atas. Konveksilah yang menggerakkan sistem cuaca dunia, saat udara hangat dari daerah tropis naik dan mengalir keluar.
Energi dan Materi Termal
Energi panas dapat menyebabkan perubahan keadaan materi. Jika molekul-molekul dalam padatan cukup meningkatkan gerakannya, itu akan meleleh menjadi cairan. Peningkatan lebih lanjut akan menyebabkan cairan mendidih dan menjadi gas, meskipun cairan juga cenderung menguap pada suhu jauh di bawah titik didihnya, karena beberapa molekul akan bergerak cukup cepat untuk keluar dari cairan. Karena molekul dalam gas bergerak lebih cepat daripada molekul dalam cairan, gas memiliki lebih banyak energi. Inilah sebabnya mengapa berkeringat mendinginkan tubuh: saat keringat menguap, ia mengeluarkan panas dari tubuh.
Memanfaatkan Energi Panas
Penggunaan energi panas, baik secara langsung maupun untuk menghasilkan listrik, mendorong terjadinya revolusi industri. Ini memungkinkan produksi besi dan baja skala besar dan menghasilkan uap untuk menggerakkan turbin yang digunakan untuk menghasilkan listrik. Umat manusia selama beberapa waktu sangat bergantung pada pembakaran bahan bakar fosil, seperti minyak, batu bara dan gas alam, sebagai sumber energi panas. Kekhawatiran tentang polusi, perubahan iklim dan non-terbarukan, bagaimanapun, telah menghasilkan banyak minat alternatif.
Salah satu sumber yang dimanfaatkan adalah energi panas bumi. Bumi memiliki inti cair, yang diperkirakan memiliki suhu 5,432-9,032°F (3,000-5,000°C). Suhu tinggi ini sebagian berasal dari panas yang tersisa dari pembentukan Bumi, terperangkap di bawah lapisan isolasi batuan di kerak bumi, dan sebagian lagi dari peluruhan unsur radioaktif. Di antara inti dan kerak bumi terletak mantel, daerah semi-cair yang panas yang mendorong tektonik lempeng dan letusan gunung berapi. Ada banyak “titik panas” di kerak bumi di mana panas ini dekat dengan permukaan dan dapat dimanfaatkan dengan berbagai cara.
Panas panas bumi dapat digunakan baik secara langsung, untuk menyediakan pemanas untuk rumah, atau untuk menghasilkan listrik. Geyser adalah sumber air panas yang sudah jadi, tetapi sebagian besar proyek panas bumi melibatkan pengeboran lubang dan pemompaan air ke dalamnya. Air dipanaskan di bawah permukaan dan dipompa keluar lagi untuk menyediakan energi. Energi panas bumi sebenarnya bukan sumber energi terbarukan, tetapi ada pasokan panas yang sangat besar dari inti sehingga tidak akan habis di masa mendatang.
Meskipun energi matahari dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan listrik secara langsung melalui panel surya, bidang lain yang sedang dieksplorasi adalah energi panas matahari. Ini melibatkan menangkap panas dari Matahari untuk menyediakan listrik atau air panas. Ini dapat digunakan untuk pemanas sentral di rumah, di mana air, atau cairan lain, dipompa melalui wadah yang menerima sinar matahari, menaikkan suhunya. Atau, panas dari Matahari dapat digunakan untuk menggerakkan perangkat mekanis yang menghasilkan listrik, atau dapat difokuskan oleh cermin cembung sedemikian rupa untuk menyediakan panas untuk memasak atau keperluan lainnya. Ide ini juga dapat diadopsi dalam skala yang lebih besar untuk merebus air yang menggerakkan turbin atau untuk membangun “tungku surya” yang dapat mencapai suhu ekstrem yang diperlukan untuk beberapa proses industri.