Suhu dan Perubahannya

Bagaimana mengetahui suhu benda?

Suhu sebuah benda adalah tingkat (derajat) panas suatu benda. Benda yang panas mempunyai derajat panas lebih tinggi daripada benda yang dingin.

Benda yang panas mempunyai derajat panas lebih tinggi daripada benda yang dingin.

Indra perasamu memang dapat merasakan tingkat panas benda. Akan tetapi, indra perasa bukan pengukur tingkat panas yang andal karena hanya dihasilkan pengukuran kualitatif, sehingga tidak dapat dijadikan sebagai acuan. Suhu harus diukur secara kuantitatif dengan alat ukur suhu yang disebut termometer.

JENIS-JENIS TERMOMETER

Menurut jenisnya, termometer dibagi menjadi 3 di antaranya:

a. Termometer Zat Cair

Secara umum benda-benda di alam akan memuai (ukurannya bertambah besar) jika suhunya naik. Kenyataan ini dimanfaatkan untuk membuat termometer dari zat cair. Perhatikan Gambar 4.2. Cairan terletak pada tabung kapiler dari kaca yang memiliki bagian penyimpan (reservoir/ labu).

Zat cair yang digunakan umumnya raksa atau alkohol jenis tertentu.

Raksa memiliki keistimewaan, yaitu:

• warnanya mengkilat dan cepat bereaksi terhadap perubahan suhu
• raksa membeku pada suhu rendah (-38°C) dan mendidih pada suhu yang tinggi (lebih dari 350°C) sehingga dapat mengukur suhu pada rentang suhu yang lebar
• Namun, raksa sangat beracun sehingga berbahaya jika termometer pecah.

Alkohol:

• Alkohol untuk pengisi termometer biasanya diberi pewarna biru atau  merah.
• Rentang suhu yang dapat diukur bergantung jenis alkohol yang digunakan misalnya,
  • Toluen dengan rentang -90°C hingga 100°C dan
  • Ethyl alcohol, dengan rentang -110°C hingga 100°C.
• Alkohol tidak seberbahaya raksa dan mudah menguap, sehingga lebih aman digunakan sebagai pengisi termometer.

Beberapa termometer menggunakan zat cair diantaranya :

1) Termometer laboratorium

Bentuknya panjang dengan skala dari -10°C sampai 110°C menggunakan raksa atau alkohol.

2) 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 ke labu/ reservoir.

b. Termometer Bimetal

Perhatikan dua logam yang jenisnya berbeda dan dilekatkan menjadi satu pada Gambar 4.6.

Jika suhunya berubah bimetal akan melengkung. Karena logam yang satu memuai lebih panjang dibanding yang lain. Hal ini dimanfaatkan untuk membuat termometer.

c. Termometer Kristal Cair

Terdapat kristal cair yang warnanya dapat berubah jika suhu berubah. Kristal ini dikemas dalam plastik tipis, untuk mengukur suhu tubuh, suhu akuarium, dan sebagainya.

2. Skala Suhu

Pada saat ini dikenal beberapa skala suhu misalnya, Celcius, Fahrenheit, Reamur, dan Kelvin.

KELVIN

• Kelvin merupakan skala suhu dalam Standar Internasional (SI).
• Skala Kelvin menggunakan nol mutlak, tidak menggunakan “derajat”. P
• ada suhu nol Kelvin, tidak ada energi panas yang dimiliki benda.

Perbedaan antara skala itu adalah angka pada titik tetap bawah dan titik tetap atas pada skala termometer tersebut.

Perbandingan Skala Suhu:
skala C : skala R : skala F : skala K = 100 :  80 :  180 :  100

skala C : skala    R : skala F : skala K    = 5 : 4    : 9 : 5   
Dengan memperhatikan titik tetap bawah (dibandingkan mulai dari nol semua), perbandingan angka suhunya:
tC :  tR :  (tF – 32) :  (tK    -273)    = 5 : 4    : 9 : 5
Perbandingan di atas dapat digunakan untuk menentukan konversi skala suhu.

Sebagai contoh, konversi skala suhu dari Celcius ke Fahrenheit.

maka

Perbandingan skala Reamur , Celcius, Fahrenheit =  4 : 5 : 9 +32

Contoh

40⁰ C = 4/5 x 40 = 32⁰ R

60⁰R  = 5/4  x 60 = 74⁰C

45⁰C  = 9/5  x 45 +32 =112⁰ F

77⁰C  = 5/9  x (77-32) = 25⁰C

Dari Celcius ke Kelvin + 273

Dari Kelvin ke Celcius – 273

Contoh

40⁰C = 40 + 273 = 313 K

290 K = 290-273 = 17⁰C

 

3. Perubahan Akibat Suhu

Salah satu perubahan yang terjadi pada benda jika suhunya berubah adalah ukuran benda itu juga berubah. Jika suhu benda naik secara umum ukuran benda bertambah. Peristiwa ini disebut dengan pemuaian.

jadi,

Pemuaian adalah bertambah besarnya ukuran suatu benda karena kenaikan suhu yang terjadi pada benda tersebut.

• Kenaikan suhu yang terjadi menyebabkan benda itu mendapat tambahan energi berupa kalor yang menyebabkan molekul-molekul pada benda tersebut bergerak lebih cepat—-> merenggang, memanjang, membesar
• Setiap zat mempunyai kemampuan memuai yang berbeda beda.
• Gas, misalnya, memiliki kemampuan memuai lebih besar daripada zat cair dan zatpadat.
• Adapun kemampuan memuai zat cair lebih besar daripada zat padat.

a. Pemuaian Zat Padat

Pada  umumnya benda  atau  zat  padat  akan  memuai  atau  mengembang jika dipanaskan dan menyusut jika didinginkan.

Contoh fenomena pemuaian:

Misalnya, saat kamu 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.

Para perancang bangunan, jembatan, dan jalan raya harus memperhatikan sifat pemuaian dan penyusutan bahan karena perubahan suhu. Jembatan umumnya dibuat dari besi baja yang saling disambungkan satu dengan lainnya. Untuk itu, agar sambungan besi baja tidak melengkung karena memuai akibatterik panas matahari atau menyusut di malam hari, sambungan-sambungan besi baja tidak boleh dipasang saling rapat satu dengan lainnya. Harus ada rongga yang cukup di antara sambungan-sambungan itu.

 

• 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 molekul penyusun logam tersebut akan bergetar lebih cepat dari biasanya sehingga logam tersebut akan memuai ke segala arah.

Bimetal dibuat berdasarkan sifat pemuaian zat padat. Bimetal antara laindimanfaatkan pada termostat.

Prinsip kerja termostat yaitu : jika udara di ruangan dingin, keping bimetal akan menyusut, membengkok dan menyentuh logam biasa sehingga saling bersentuhan. Sentuhan tersebut menyebabkan rangkaian tertutup dan menyalakan pemanas sehingga ruangan menjadi hangat.

Jika menginginkan ruangan dingin, cara kerjanya juga sama yaitu : saat ruangan panas, termostat bengkok dan menghubungkan rangkaian listrik sehingga ruangan menjadi dingin.

Besaran yang menentukan pemuaian zat padat adalah koefisien muai panjang. Koefisien muai panjang zat padat adalah bilangan yang menunjukkan pertambahan panjang tiap satu satuan panjang zat itu jika suhunya dinaikkan 1°C.

Contoh koefisien muai panjang zat padat yaitu apabila muai panjang kaca 9 x /°C berarti jika 1 meter kaca suhunya bertambah 1°C maka panjang kaca bertambah 9 x  meter. Contoh lain koefisien muai panjang seperti gambar berikut.

Sedangkan rumus koefisien muai panjang yaitu :

• PEMUAIAN PANJANG
  • Pemuaian panjang merupakan bertambahnya panjang benda karena peningkatan suhu.

L = L0 + L0 α ΔT

Keterangan :

L = Panjang akhir benda (m)

L0 = panjang mula-mula (m)

α = koefisien muai panjang ( /0C )

ΔT = perubahan suhu (C0 )

b. Pemuaian Luas dan Volume Zat Padat

• PEMUAIAN LUAS
  • Jika suatu benda berbentuk lempengan dipanaskan, pemuaian terjadi pada kedua arah sisi-sisinya.
    • Pemuaian semacam ini disebut pemuaian luas.
  • Pemasangan pelat-pelat logam selalu memperhatikan terjadinya pemuaian luas.
  • Pemuaian luas memiliki koefisien muai sebesar dua kali koefisien muai panjang
    • Pemuaian luas terjadi pada benda luas yang tipis seperti pada plat logam. Rumusnya yaitu sebagai berikut :

A = A0 + A0 .2 α ΔT

• • • Keterangan :
    • A = Luas akhir benda (m)
    • A0 = Luas mula-mula (m)
    • α = koefisien muai panjang ( /0C )
    • ΔT = perubahan suhu (C0 )
• PEMUAIAN VOLUME
  • Benda-benda yang berdimensi tiga (memiliki panjang, lebar, dan tinggi) akan mengalami muai ruang jika dipanaskan.
  • Pemuaian ruang memiliki koefisien muai tiga kali koefisien muai panjang.
  • Pemuaian volum merupakan pertambahan volume benda akibat peningkatan suhu.
  • V = V0 + + V0 . 3 α ΔT
  • Keterangan :V = Volume akhir benda (m)V0 = Volume mula-mula (m)α = koefisien muai panjang ( /0C )

    ΔT = perubahan suhu (0C )

Pernahkah kamu menjumpai daun pintu tidak dapat ditutupkan pada bingkai pintunya? Kaca jendela tidak dapat masuk ke dalam bingkainya? Hal itu terjadi karena pemasangan daun pintu dan kaca jendela terlalu rapat dengan bingkainya sehingga ketika terjadi pemuaian atau penyusutan tidak tersedia lagi rongga yang cukup.

c. Pemuaian Zat Cair dan Gas

• Sebagaimana zat padat, zat cair juga dapat memuai jika dipanaskan. Bahkan pemuaian zat cair relatif lebih mudah atau lebih cepat teramati dibandingkan dengan pemuaian zat padat.
• Contoh pemuaian zat cair yaitu pengemasan botol sirup, kecap, minyak dan saos tidak pernah diisi penuh agar tidak tumpah ketika memuai.
• Selain itu gas juga memuai jika dipanaskan. Sifat pemuaian gas harus diperhatikan dalam kehidupan sehari-hari, misalnya ketika memompa ban sepeda jangan terlalu keras dan disesuai dengan kapasitas ukurannya.
• Perubahan suhu juga terjadi pada pembuatan tape (fermentasi). Pada proses fermentasi, bakteri mengubah glukosa menjadi alkohol dan karbon dioksida. Prosees fermentasi menyebabkan terjadinya perubahan suhu. Suhu yang baik digunakan untuk pembuatan tape yaitu 35°C – 40°C.

Partikel-partikel zat padat selalu bergerak (bergetar). 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.