KONSEP S U H U

KONSEP S U H U
Konsep suhu berasal dari kepekaan indra
kita dalam membedakan rasa dingin, hangat
atau panasnya suatu zat.
Menurut konsep energi
suhu adalah ukuran
energi kinetik internal
molekuler rata-rata
Kemampuan indra manusia yang terbatas tidak
mampu menetapkan tinggi rendahnya suhu secara
pasti. Karena itu pengukuran suhu yang benar
digunakan alat yang disebut termometer.
Perubahan suhu dapat menyebab perubahan sifat
fisik pada suatu zat. Perubahan itu bisa terjadi dalam
bentuk perubahan volume (memuai), perubahan
wujud, hambatan, beda potensial, tekanan dan radiasi
pancaran.
Karakteristik pengaruh suhu terhadap sifat fisik
ini dimanfaatkan orang untuk membuat alat
pengukur suhu atau termometer yang banyak
kita kenal.
Termometer yang sering digunakan di laboratori um
umumnya jenis air raksa. Jenis ini relatif lebih baik
karena air raksa memiliki sifat pemuaian yang
teratur, titik beku rendah, titik didih tinggi, kalor jenis
kecil, kenampakan jelas dan air raksa tidak
membasahi dinding pipa termometer.
Termometer Celsius memakai acuan dua titik tetap
yaitu titik tetap bawah untuk titik lebur es pada
untuk skala nol dan titik tetap atas untuk titik didih
air pada skala 100, pada tekanan udara 1 atm.
Tipe skala termometer dibuat sesuai keperluan.
Perbandingan skala Celsius dan Fahrenheit,
toC : toF = 100 : 212.
Kesetaraan skala termometer,
(tF–32) : tC = 9 : 5
5
tC   t F  32  |
9
Perubahan suhu 1 skala
Celsius sama dengan 1 skala
Kalvin, perbedaannya hanya
ditentukan oleh nilai suhu
nol mutlak,
t K  tC  273
Beberapa macam termometer
Termometer zat cair.
Volume zat cair (air raksa/alkohol ) akan berubah
(pemuaian) jika suhunya berubah. (Termometer
laboratorium, Ruang, Klinis, dan Maximumminimum).
Termometer Laboratorium
Termometer Ruang
Termometer gas.
Termometer gas
Besar tekanan dalam
tabung gas bervolume
konstan akan berubah
jika suhu gas tersebut
berubah dan perubahan
itu seban ding dengan
perbedaan tinggi
permukaan zat cair (air
raksa) diantara kedua
pipa tabung.
Termometer Platina dan Termistor.
Besar nilai hambatan akan berubah jika suhu
berubah dan perubahan hambatan ini dikonversi
menjadi perubahan suhu. Nilai hambatan platina
dan termistor saling berlawanan jika suhunya
berubah.
Nilai R naik jika suhu turun
Nilai R naik jika suhu naik
Termometer termokopel.
Perbedaan potensial akan timbul
antara dua jenis logam yang
disambungkan ujungnya dan
besar beda potensial itu seban
ding dengan suhu pada titik
sambungan tersebut.
Kelengkungan bimetal (lapisan
dua logam yang beda) bentuk
spiral akan berubah jika suhu
nya berubah. Besar peruba
han kelengkungan itu dikonver
si menjadi penunjukkan suhu.
Termometer Optik (Pirometer
Warna spektrum () cahaya yang
dipancarkan benda pijar
berkaitan dengan tinggi
rendahnya suhu benda itu,
sesuai dgn persamaan.
Alat ini dilengkapi filamen pijar
yang warna radiasi pancarnya
dapat di sesuaikan dengan
cahaya benda yang diukur
suhunya
Contoh soal:
1. Jelaskan mengapa air raksa yang dipilih sebagai
cairan termometer dan apa kendalanya jika cairan
tersebut digantikan oleh air murni
2. Pada suhu berapa termometer Celcius dan
termometer Fahrenheit menunjukkan nilai skala
suhu yang sama.
3. Bagaimana dengan suhu suatu zat yang mengalami
suatu proses dimana energi dalam zat itu antara
awal dan ahir proses adalah sama. Sebutkan
contohnya.
PEMUAIAN
Umumnya kenaikan suhu pada zat padat, cair dan
gas menyebabkan volume zat itu bertambah
karena memuai. Permuaian terjadi
Besar pemuaian setiap
zat berbeda beda dan
karakte ristik ini
mencirikan sifat khas
suatu zat.
Beda karakteristik ini
justru memberi nilai
tambah dalam peman
faatan teknologi
Benda dengan bentuk memanjang seperti besi
batangan, jika dipanasi pemuaian tampak pada
perubahan panjangnya. Jika pada suhu awal t0,
panjang batang L0 dan pada suhu akhir t panjang
itu berubah menjadi Lt, maka perubahan panjang
adalah :
L  Lo t
Lt  Lo {1   (t  to )}

adalah koefisien muai panjang (linier)
yaitu perbadingan perubahan panjang
benda terhadap perubahan suhunya
Benda kubus (volume) jika dipanasi hingga beda
suhu , permuaian terjadi pada panjang, lebar dan
tingginya atau sama dengan pertambahan volume,
V  Vo  t |
Q mct
Vt  Vo {1   (t  to )}

adalah koefisien muai
volum yaitu perbandingan
praksi perubahan volume
terhadap perubahan suhu
dan koef. muai volume
adalah tiga kali koef. muai
panjang
Zat cair dan gas hanya mempunyai pemuaian
volume .Semua jenis gas pada tekanan tetap
mempunyai koefisien muai yang sama yaitu   1 / 273
Vt  Vo {1  1 / 273 (t  to )}
Untuk gas ideal yang berada dalam ruang tertutup
dengan masa yang tertentu banyaknya berlaku,
V
 C (tetap)
Jika P konstan,
T
…..Gay-Lussac
Jika T konstan, PV  C ' (tetap)
…... Boyle
Jika digabung, PV
…..Boyle-Gay Lussac
T
 C " (tetap)
|Pemuaian pada bimetal banyak dimanfaat kan
dalam teknologi misalnya, pengatur suhu atomatik
sterika, saklar suhu otomatik race cooker, alaran anti
kebakaran, termostat AC dan Kolkas, lampu tanda
belok motor, stater lampu TL, termometer dan dll.
Saklar automatik
Strika dan kontrol suhu
Lampu tanda belok
Anomali air (keanehan air), adalah suatu pengecualian
penting dimana volume air malah menyusut jika dipanasi
antara suhu 0oC hingga 4oC, bukan memuai seperti
umumnya zat. Pengecualian ini adalah kehendak “
Maha Pencipta” untuk melindungi kelangsungan hidup
ekologi laut (danau) yang beku di musin dingin.
Karena penyusutan volume, masa jenis air terbesar
ketika suhu air mencapai 4oC. Karena itu air pada suhu
4oC cenderung tenggelam, sementara air yang suhunya
lebih rendah naik kepermukan dan seterusnya mulai
beku pada suhu 0oC. Jadi lapisan es yang terhampar di
atas danau mulai terbentuk di permukaannya.
Volume minimu pada suhu 4oC
Lapisan es yang menga pung
dipermukaan danau bersifat
sebagai isolator termal yang
dapat berfungsi mempertahan
kan keberadaan wujud air
dibawah permukaan es.
Pada logam baja, jika pemuaian tidak dimungkinkan,
akan timbul tegangan tekan/tarik yang sangat besar
(sepertiga regangan patah). Gaya tekan ini dapat
membuat plat baja jembatan/rel kereta api meleng kung,
berubah bentuk permanen. Untuk mengatasi efek ini,
ujung-ujung sambungan baja itu harus diberi
celah/ruang untuk pemuaian
KALOR
Kalor merupakan suatu bentuk energi.
Ungkapan kalor mengandung arti banyaknya
(kuantitas) panas yang dilepas, diserap atau
dikandung suatu benda. Penyerapan dan pelepasan
kalor dapat mengubah besarnya suhu dan wujud
suatu benda.
Benda yang dipanasi atau menyerap kalor suhunya
akan naik karena kalor menyebakan bertambahnya
energi kenetik (EK) rata-rata molekul zat. Kalaor
menyababkan pemuaian dan dapat menyebabkan
perubahan wujud zat.
Eksprimen Joule membuk
tikan, bahwa kerja mekanis
dapat menghasilkan kalor.
Kesetaraan kalor-mekanik
1 calori = 4,2 Joule, yaitu
jumlah kalor yang
diperlukan 1 kg air untuk
menaikkan suhunya
sebesar 1oC
Apabila dua benda yang beda suhunya disatukan
(dicampur) maka terjadilah perpindahan kalor dari
benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah hingga dicapai kesetimbangan termal (suhu benda sama).
Jumlah kalor Q yang diserap/dilepas karena
perbedaan suhu dengan lingkungannya, sebanding
dengan masa m zat, kapastitas kalor jenis c dan
selisih suhunya. Hubungan ini dirumuskan dengan,
Q  m c t
Besaran m c = H disebut kapasitas kalor
Banyaknya kalor yang dibebaskan Qb oleh benda
yang lebih panas sama dengan kalor yang diserap
Qs oleh benda yang lebih dingin (Hukum
kekekalan kalor
Azas Black) dan ditulis,
Qbebas = Qserab
|
mb cb tb  ms cs t s
mb cb (tb  ta )  ms cs (ta  ts )
Pelepasan atau penyerapan
kalor secara terus menerus
akan menyebabkan
terjadinya perubahan wujud
(fase) zat. Selama
berlangsung perubahan
wujud zat, suhu selalu tetap.
Menguap, mencair, menyublim untuk perubahan
wujud ini diperlukan (diserap) kalor.
Membeku, mengembun, deposisi untuk perubahan
wujud ini kalor dilepaskan.
\Kalor yang dilepaskan/diserap pada peristiwa
peruba han fase (wujud) disebut dengan kalor laten
L. Kalor lebur (Ll ) adalah banyaknya kalor yang
diperlukan per satuan masa zat untuk melebur pada
suhu titik leburnya. Jadi m masa zat belebur dibu
tuhkan kalor sebanyak Ql = m Ll
Kalor uap (Lu ) adalah banyaknya kalor yang diper
lukan per satuan masa zat untuk menguap pada suhu
titik uapnya. Jadi, m masa zat menguap dibutuhkan
kalor sebesar, Qu = m Lu .
Sistem pendingin lemari es, meng gunakan prinsip
ini. Penurunan suhu ruang pendingin disebabkan zat
cair freon yang mudah menguap pada tekanan dan
suhu ruang.
Freon yang dipompakan motor
listrik ke ruang pendingin yang
tekanannya rendah, menyebabkan
Freon meguap, sehingga terjadi
penyerapan kalor dari ruang
pendingin. Hal ini membuat suhu
ruang pendingin turun semakin
rendah. Freon yang kemudian
mengembun, melepas kalornya
pada pipa belakang dan setelah
freon dimanpatkan disini, maka zat
ini terbentuk menjadi cair kembali.
Jika zat padat, contohnya seperti es dipanasi secara
terus menerus, maka grafik suhu terhadap waktu,
seperti gambar berikut.
Qtotal = Qab (t es naik)+Qbc (es melebur)+ Qcd (t air naik)
+
Qde (air menguap)+ Qef (t uap naik).
Penguapan zat cair dapat diperbesar jumlahnya
dengan cara, memperluas bidang penguapan,
menaikkan suhu, menurunkan tekanan dan melalu
kan angin pada bidang penguapan.
Mendidih, adalah peris tiwa
naiknya gelembung-uap dalam
zat cair ke permukaan, ketika
tekanan uap gelembung itu
lebih besar dari tekanan di atas
permukaan zat cair.
Menguap adalah lepasnya molekul molekul pada
permukaan zat cair. Peristiwa ini yang bisa terjadi
pada sembarang suhu dengan tekanan tertentu.
Presto cooker
Titik didih, zat cair tergan
tung pada tekanan di permu
kaan zat cair. Makin tinggi
tekanan makin tinggi pula
suhu titik didih dan sebalik
nya turun tekanan turun pula
suhu titik didih. Prinsif ini
dimanfaatkan pada alat ma
sak presure cooker (presco)
Penutup atas alat ini membuat tekanan didalam
presco lebih tinggi dari udara luar, akibatnya suhu
titik didihnya yang lebih tinggi dapat membuat
daging lebih cepat masak. Hal ini dapat dijelaskan
dengan grafik diagram fase air.
Pada penyulingan air bersih,
zat cair diuapkan pada titik
didihnya, lalu uap disalurkan
kedalam pipa pendingin
hingga terjadi
pengembunan, lalu
terbentuk air bersih.
PERPINDAHAN KALOR
Kalor selalu berpindah dari benda yang suhunya
lebih tinggi ke benda yang suhunya lebih rendah.
Terdapat tiga cara perpindahan kalor yaitu,
konduksi, konveksi dan radiasi.
Konduksi, adalah perpindahan kalor melalui zat tampa
disertai perpindahan partikel-partikel zat itu.
Kalor membuat partikel zat menproleh
energi untuk bergetar, makin lama
makin cepat hingga saling bertumbu
kan dengan partikel berdekatan dan
tumbukan itu menimbul kalor.
Perpindahan kalor seperti ini biasanya
terdapat pada logam dan zat padat.
Meski daya hantarnya berbeda, umumnya semua
logam penghantar yang baik. Zat bukan logam dan
zat berpori yang mengandung udara adalah
penghantar yang buruk. Kedua sifat bahan ini
sangat penting dalam kehidupan kita
Konveksi, adalah perpindahan kalor melalui suatu
zat yang disertai perpindahan partikel-partikel zat
tersebut. Perpindahan kalor ini umum terjadi pada
zat cair dan gas yang dipanasi sehingga masa jenis
partikel zat yg panas lebih kecil, ringan dan
cenderung bergerak ke atas.
Banyak contoh peristiwa konveksi ini, misalnya asap
api yang naik ke atas, sirkulasi air ketika dimasak.
Radiasi, adalah perpindahan kalor tampa zat
peran tara tetapi melalui rambatan gelombang
elektromag nit. Karena itu perpindahan kalor cara
radiasi dapat melalui gas bahkan ruang hampa,
seperti halnya radiasi cahaya matahari yang
mencapai bumi kita.
Permukaan benda yang terkena radiasi, bersifat
meneruskan radiasi, memantulkan dan menyerab
radiasi. Permukaan benda hitam dan kusam adalah
permukaan penyerap radiasi yang terbaik, tetapi
pematul yang buruk. Sebaliknya permukaan putih dan
mengkilat adalah penyerap radiasi yang buruk, akan
tetapi merupakan pemantul radiasi yang baik.
Koefisen emisivitas (daya serap)| permukaan
benda hitam ideal bernilai e = 1, artinya
permukaan itu menyerap seluruh energi
radiasi. Untuk benda yang bukan hitam koef
emisivitasnya , sementara untuk permukaan
cermin nilainya mendekati nol.
Karena permukaan hitam mempunyai
emisivitas tinggi, maka sifat ini dimanfaatkan
pada alat pemanas air yang dipasang pada
atap rumah.
Bertiupnya |angin laut dan angin darat, berhubungan
dengan pengaruh nilai emisivitas permukaan laut
dan daratan yang berbeda. Emisivitas daratan lebih
besar dari emisivitas laut sehingga daratan cepat
panas disiang hari dan cepat dingin dimalam hari,
Semen tara lautan adalah sebaliknya, lambat panas
siang hari dan lambat dingin di malam hari .