suhu dan perubahan

SUHU DAN PERUBAHAN
A. Bagaimana Mengetahui Suhu Suatu Benda?
Kalian tentunya pernah mandi menggunakan air hangat, bukan? Untuk mendapatkan air
hangat tersebut kita mencampur air dingin dengan air panas. Ketika tangan kita menyentuh air
yang dingin, maka kita mengatakan suhu air tersebut dingin. Ketika tangan kita menyentuh air
yang panas maka kita katakan suhu air tersebut panas.
Suhu sebuah benda adalah tingkat (derajat) panas suatu benda. Benda yang panas
mempunyai derajat panas lebih tinggi daripada benda yang dingin. Dengan menyelupkan
tangan pada air kita dapat mengetahui suhu melalui indra perasa. Akan tetapi, indra perasa
bukan pengukur tingkat panas yang andal. Benda yang tingkat panasnya sama dirasakan
berbeda oleh tangan kanan dan kirimu. Jadi, suhu benda yang diukur dengan indra perasa
menghasilkan ukuran suhu kualitatif yang tidak dapat dipakai sebagai acuan. Suhu harus diukur
secara kuantitatif dengan alat ukur suhu yang disebut termometer.
I. Termometer sebagai Alat Ukur Suhu
Suhu termasuk besaran pokok. Alat untuk untuk mengukur besarnya suhu suatu
benda adalah termometer.
a. Termometer Zat Cair
Termometer yang umum digunakan adalah termometer zat cair dengan pengisi pipa
kapilernya adalah raksa atau alkohol.
Apa kelebihan Termometer yang berisi raksa?
1.
2.
3.
4.
5.
Raksa mudah dilihat karena mengkilap.
Raksa memuai dengan teratur.
Raksa tidak membasahi dinding kaca.
Jangkauan suhunya besar (-400C sampai 3500C)
Raksa memiliki konduktivitas yang tinggi (penghantar panas
yang baik).
Suhu dan Perubahan
Page 1
Apa kekurangan Termometer yang berisi raksa?
1. Harga raksa mahal,
2. Tidak dapat digunakan untuk mengukur suhu di
daerah kutub.
3. Raksa bersifat racun sehingga berbahaya jika
pecah
Pengukuran suhu yang sangat rendah biasanya menggunakan termometer alkohol.
Alkohol memiliki titik beku yang sangat rendah, yaitu -114ºC. Namun demikian, termometer
alkohol tidak dapat digunakan untuk mengukur suhu benda yang tinggi sebab titik didihnya
hanya 78ºC. Pada pembuatan termometer terlebih dahulu ditetapkan titik tetap atas dan titik
tetap bawah. Titik tetap termometer tersebut diukur pada tekanan 1 atmosfer. Di antara kedua
titik tetap tersebut dibuat skala suhu. Penetapan titik tetap bawah adalah suhu ketika es
melebur dan penetapan titik tetap atas adalah suhu saat air mendidih.
Lalu, mengapa tidak menggunakan air untuk mengisi
thermometer yang beriis zat cair?
a. Air menempel pada pipa kapiler
b. Air memuai jika didinginkan. Di suhu 04°C skala pada termometer bukan
menurun, tetapi malah menaik.
c. Tidak berwarna sehingga sulit dibaca
d. Rentang suhu yang dapat terukur
relatif kecil
Suhu dan Perubahan
Page 2
Beberapa termometer yang menggunakan zat cair akan
dibahas berikut ini.
a) Termometer laboratorium, Bentuknya panjang
dengan skala dari -10°C sampai 110°C
menggunakan raksa.
b) Termometer suhu badan. Termometer ini
digunakan untuk mengukur suhu badan manusia.
Skala yang ditulis antara 35oC dan 42oC. Pipa di
bagian bawah dekat labu dibuat sempit sehingga
pengukuran lebih teliti akibat raksa tidak segera
turun kelabu/reservoir.
b.
1.
Pengukuran Zat Padat
Termometer bimetal yang menggunakan
logam sebagai bahan. Termometer Bimetal berfungsi
untuk menunjukkan adanya perubahan suhu dengan
prinsip logam akan memuai jika dipanaskan dan
menyusut jika didinginkan.
Cara Kerjanya atau Prinsip kerjanya, keping bimetal
dibentuk spiral dan tipis. Ujung spiral bimetal ditahan
atau tidak bergerak dan ujung lainnya menempel ke gir
penunjuk. Semakin besar suhu, keping bimetal semakin melengkung dan
menyebabkan jarum penunjuk bergerak ke kanan ke arah angka yang lebih besar.
Jika suhu turun, jarum penunjuk bergerak ke kin ke arah angka yang lebih kecil. Skala
yang dibuat biasa berbentuk lingkaran.
2. Termometer Hambatan Platina. Termometer Hambatan berfungsi Untuk mengukur
suhu yang tinggi tidak mungkin menggunakan termometer zat cair. Termometer
logam adalah termometer yang paling tepat digunakan dalam industri untuk
Suhu dan Perubahan
Page 3
mengukur suhu di atas 1000°C. Salah satu
termometer yang dibuat berdasarkan perubahan
hambatannya adalah temometer hambatan platina.
Hambatan listrik pada seutas kawat logam akan
bertambah jika dipanaskan. Sifat termometnik ini
dimanfaatkan
untuk
mengukur
suhu
pada
termometer hambatan.
Cara kerja termometer ini adalah dengan
menyentuhkan kawat penghantar ke sasaran,
misalnya lelehan besi yang panas pada pengolahan besi atau baja. Panas tersebut
direspons oleh hambatan (R), kemudian energi listnik yang bersangkutan diubah
menjadi energi gerak yang bisa menunjukkan angka tertentu pada skala suhu.
II. Skala yang Digunakan pada Termometer
Berapa suhu tubuh manusia sehat? Ya, kamu akan menjawab 37oC. Huruf C
kependekan dari Celcius, salah satu contoh satuan suhu atau skala suhu. Saat ini,
dikenal beberapa skala suhu, misalnya Celcius, Fahrenheit, Reamur, dan Kelvin.
Lalu apa perbedaan dari ke-empat skala tersebut?
1. Termometer Celcius. Titik tetap bawah diberi angka 0 dan titik tetap atas
diberi angka 100. Diantara titik tetap bawah dan titik tetap atas dibagi 100
skala.
2. Termometer Reaumur. Titik tetap bawah diberi angka 0 dan titik tetap atas
diberi angka 80. Di antara titik tetap bawah dan titik tetap atas dibagi
menjadi 80 skala.
Suhu dan Perubahan
Page 4
3. Termometer Fahrenheit. Titik tetap bawah diberi angka 32 dan titik tetap
atas diberi angka 212. Suhu es yang dicampur dengan garam ditetapkan
sebagai 0ºF. Di antara titik tetap bawah dan titik tetap atas dibagi 180 skala.
4. Termometer Kelvin. Pada termometer Kelvin, titik terbawah diberi angka nol.
Titik ini disebut suhu mutlak, yaitu suhu terkecil yang dimiliki benda ketika
energi total partikel benda tersebut nol. Kelvin menetapkan suhu es melebur
dengan angka 273 dan suhu air mendidih dengan angka 373. Rentang titik
tetap bawah dan titik tetap atas termometer Kelvin dibagi 100 skala.
Untuk menentukan konvensi skala suhu dapat digunakan dengan cara berikut :
Suhu dan Perubahan
Page 5
B. Perubahan Akibat Suhu
1. Perubahan Zat Padat
Zat padat dapat mengalami pemuaian. Gejala ini memang sulit untuk diamati
secara langsung, tetapi seringkali kamu dapat melihat pengaruhnya. misalnya, saat
menuangkan air panas ke dalam gelas, tiba-tiba gelas itu retak. Retaknya gelas ini
karena terjadinya pemuaian yang tidak merata pada gelas itu. Kamu akan pelajari
lebih dalam tentang pemuaian pada zat padat.
Partikel-partikel zat padat selalu bergerak (bergetar). Jika zat padat tambahan
energi. Gerakan partikel makin cepat sehingga memerlukan ruangan antara partikel
yang lebih besar. Jarak antara partikel makin besar, zat padat itu memuai,
bertambah panjang, bertambah luas, dan akhirnya bertambah volumenya.
Muai panjang
Keterangan
L = panjang
setelah
pemanasan
atau
pendinginan (m) atau (cm)
L0 = panjang awal (m) atau (cm)
α = koefisien muai panjang ( /0C )
t1 = suhu mula-mula ( 0C )
t2 = suhu akhir ( 0C )
Muai luas
Suhu dan Perubahan
Page 6
Keterangan
A = luas
setelah
pemanasan
atau
pendinginan (m2) atau (cm2)
A0 = luas awal (m2) atau (cm2)
β = koefisien muai luas ( /0C )
t1 = suhu mula-mula ( 0C )
t2 = suhu akhir ( 0C )
β = 2α
Muai volume
Keterangan
V = Volume
setelah
pemanasan
atau
pendinginan (m3) atau (cm3)
V0 = volume awal (m3) atau (cm3)
γ = koefisien muai volume ( /0C )
t1 = suhu mula-mula ( 0C )
t2 = suhu akhir ( 0C )
γ = 3α
Dalam kehidupan sehari-hari, benda atau zat padat akan memuai atau
mengembang jika dipanaskan dan menyusut jika didinginkan. Pemuaian dan penyusutan
itu terjadi pada semua bagian benda, yaitu panjang, lebar, dan tebal benda tersebut.
Jika benda padat dipanaskan, suhunya akan naik. Pada suhu yang tinggi, atom dan
Suhu dan Perubahan
Page 7
molekul penyusun logam tersebut akan bergetar lebih cepat dari biasanya sehingga
logam tersebut akan memuai ke segala arah.
Pernahkah kalian melihat celah pada rel kereta api? Mengapa dibuat sedemikian
rupa? Hal ini juga menyangkut teori pemuaian. Saat siang hari, panas dari matahari akan
membuat besi pada rel kereta akan memuai sehingga menjadi lebih panjang. Celah pada
rel kereta inilah yang dimafaatkan, sehingga ketika besi memuai, rel tidak akan patah
dan bengkok.
Dapatkah kalian
menyebutkan peristiwa
pemuaian di
lingkungan sekitar?
Suhu dan Perubahan
Page 8
2. Perubahan Zat Cair
Hampir semua zat akan memuai jika dipanaskan dan menyusut jika didinginkan.
Tetapi, air memiliki sedikit pengecualian. Jika suhu diturunkan, memang volume air
akan makin kecil seperli lainnya. Namun pada suatu ketika volume air justru
membesar meskipun suhunya tetap diturunkan. Jadi ada suhu dimana air memiliki
volume paling kecil. Jika pada suhu tersebut air dipanaskan, volumenya akan
bertambah besar, jika pada suhu tersebut air didinginkan, volumenya akan
membesar.
Sifat air yang demikian disebut anomali air. Pada tekanan 1 atm, volume terkecil
yang dimiliki air pada suhu 4°C . Dengan demikian, volume es lebih besar daripada
volume air pada suhu 4°C . Karena volumenya paling kecil maka, massa jenis yang
terbesar terjadi saat suhu 4°C.
Suhu dan Perubahan
Page 9