1. Suhu

1. Suhu
- pengertian suhu
- pengukuran suhu
- skala suhu
- pemuaian
1
Pengertian Suhu
Pengertian awam: temperatur merupakan sensasi indra
kita terhadap panas-dinginnya (hotness and coldness)
suatu benda.
Teh Panas
Teh es
Temperatur Tinggi
Temperatur Rendah
2
Secara saintifik pengukuran besaran ini harus dapat
dikuantifikasi (berupa angka numerik), bukan
hanya direka dengan perasaan.
Pengertian temperatur sangat berlainan dengan
pengertian “panas” di Fisika Æ panas adalah
salah satu bentuk aliran energi
3
Suhu dan Energi
z
z
z
Secara mikroskopis, suhu berkaitan dengan
energi yang dimiliki oleh suatu benda.
Setiap atom dalam suatu benda masingmasing bergerak, baik itu dalam bentuk
perpindahan maupun gerakan di tempat
berupa getaran.
Makin tinggi energi atom-atom penyusun
benda, makin tinggi suhu benda tersebut.
4
z
z
z
z
z
Banyak sifat benda berubah karena perubahan
suhu:
pemuaian benda
perubahan tahanan listrik
perubahan bentuk (mencair, membeku,
menguap, mengembun)
perubahan warna
dll.
5
Pengukuran Suhu
Alat yang digunakan untuk mengukur suhu Æ termometer.
Cukup banyak jenis termometer:
• termometer alkohol
• termometer merkuri
• termistor
• bi-metal mechanical thermometer
• electrical resistance thermometer
• silicon bandgap temperature sensor
• thermocouple
• Etc.
6
Satuan Suhu
z
z
z
z
Mengacu pada SI, satuan suhu adalah Kelvin (K). Skalaskala lain adalah Celsius, Fahrenheit, dan Reamur.
Pada skala Celsius, 0°C adalah titik air membeku dan
100°C adalah titik didih air pada tekanan 1 atmosfer. Skala
ini adalah yang paling sering digunakan di dunia. Skala
Celsius juga sama dengan Kelvin sehingga cara
mengubahnya ke Kelvin cukup ditambahkan 273 (atau
273.15 untuk lebih tepatnya).
Skala Fahrenheit adalah skala umum yang dipakai di
Amerika Serikat. Suhu air membeku adalah 32°F dan titik
didih air adalah 212°F.
Sebagai satuan baku, Kelvin tidak memerlukan tanda
derajat dalam penulisannya. Misalnya cukup ditulis suhu 20
7
K saja, tidak perlu 20° K.
Mengubah Skala Suhu
Cara mudah untuk mengubah dari Celsius, Fahrenheit, dan
Reamur adalah dengan mengingat perbandingan C:F:R =
5:9:4.
Caranya, adalah (Skala tujuan)/(Skala awal)xSuhu. Dari
Celsius ke Fahrenheit setelah menggunakan cara itu,
ditambahkan 32.
Contoh
z100°C pada skala Fahrenheit adalah 9/5 x 100 + 32 =
212°F
z77°F pada skala Celsius adalah 5/9 x (77-32) = 25°C
8
9
Contoh Konversi:
Dari Kelvin
Skala yang diinginkan
Formula
Celsius
°C = K − 273,15
Fahrenheit
°F = K × 1,8 − 459,67
Rankine
°Ra = K × 1,8
Delisle
°De = (373,15 − K) × 1,5
Newton
°N = (K − 273,15) × 33/100
Réaumur
°Ré = (K − 273,15) × 0,8
Rømer
°Rø = (K − 273,15) × 21/40 + 7,5
Dari Celcius
Skala yang diinginkan
Formula
kelvin
K = °C + 273,15
Fahrenheit
°F = °C × 1,8 + 32
Rankine
°Ra = °C × 1,8 + 491,67
Delisle
°De = (100 − °C) × 1,5
Newton
°N = °C × 33/100
Réaumur
°Ré = °C × 0,8
Rømer
°Rø = °C × 21/40 + 7,5
10
z
Suhu paling terdingin di bumi pernah dicatat
di Stasiun Vostok, Antarktika pada 21 Juli
1983 dengan suhu -89,2°C.
11
Ekspansi Termal
Apabila suhu sebuah benda dinaikkan, maka
benda akan memuai (bertambah panjang,
bertambah luas atau bertambah volume).
To
Lo
∆L
T
L
12
Koefisien muai panjang/α
∆L = α Lo ∆T
disini:
∆L : pertambahan panjang
α : Koefisien muai panjang
Lo : panjang mula-mula
∆T : kenaikan suhu: T - To
13
Koefisien muai volume/β
∆V = β Vo ∆T
disini:
∆V : pertambahan volume
β : Koefisien muai volume
Vo : volume mula-mula
∆T : kenaikan suhu: T - To
14
Dapat dibuktikan secara pendekatan:
β=3α
15
16
Contoh soal
Sebuah cincin besi akan dipasang pada batang
silinder. Pada suhu 20oC diameter batang 6,453
cm dan diameter dalam cincin 6,420 cm. Pada
temperatur berapa cincin harus dipanaskan
supaya batang silinder dapat masuk ke dalam
cincin?
Koefisien muai panjang: α = 1,2x10-5 Co-1
17
Jawab:
∆L = α Lo ∆T dst.
Æ ∆T = 430o C
Maka T = 450o C
18
Anomali air
Pada suhu 40C air mempunyai berat terbesar. Itu sebabnya ikan
dapat hidup di danau yang permukaannya tertutup es.
19
20
Tekanan/P
Sebagaimana di Mekanika, tekanan merupakan
gaya persatuan luas.
F
A
P = F/A
21
Satuan tekanan di MKS: 1 N m-2
Satuan lain:
1 bar = 105 N/m2 atau 106 dyne/cm2
1 µ bar (mikro bar) = 1 dyne/cm2
1 atm = tekanan yang dihasilkan oleh kolom air
raksa setinggi 76 cm
= 1,01325×105 N/m2
1 Torr = 1 mmHg = 133,3 N m-2
22
Hukum-hukum pada Gas
Dari hasil eksperimen, nilai besaran-besaran termodinamika
bergantung satu sama lain.
Volume dikecilkan
Æ tekanan naik
Suhu dinaikkan
Æ panjang bertambah
23
Hukum Boyle
z
Untuk gas dengan suhu tetap
PV = konstan
Hukum Boyle-Gay Lussac
z
Pendekatan gas ideal:
PV
T
= konstan
24
Formula gas ideal
PV = nRT
dengan
z n : jumlah mole gas
z R : konstanta gas universal = 8,314 J/mole K
25
Beberapa formula lain
N
PV = nRT =
RT
NA
PV = N kBT
dengan
z N : jumlah partikel gas
z NA: bilangan Avogadro = 6,02×1023
z kB : konstanta Boltzmann = 1,38×10-23 J/K
26
Pertanyaan
z
z
Perkirakan jumlah mole gas di ruangan ini?
Perkirakan jumlah partikel gas di ruangan ini?
Petunjuk: gunakan asumsi yang masuk akal
27
Contoh soal
28
Pada proses isotermal:
T1
T2
T3
Volume
disini Pv = RT = konstan, “Hukum Boyle”.
29
Pada proses isokhoris:
V1
V2
V3
Temperatur
⎛ nR ⎞
disini P = ⎜ ⎟ T = konstan × T
⎝V ⎠
30
Sebaliknya pada proses isobaris:
⎛ nR ⎞
V = ⎜ ⎟ T = konstan × T
⎝P⎠
31
z
Menuju ke Bab 2
32