A. Suhu
Suhu merupakan
suatu besaran yang menunjukkan ukuran derajat panas atau dinginnya suatu benda.
Alat untuk mengukur suhu disebut termometer.
B. Jenis-jenis Termometer
Termometer
dibuat berdasarkan sifat termometrik bahan, yaitu kepekaan bahan terhadap
perubahan suhu atau perubahan besaran fisika akibat perubahan suhu. Beberapa
contoh perubahan besaran fisika yang dapat digunakan untuk membuat termometer
adalah pemuaian zat cair dalam pipa kapiler, perubahan hambatan listrik kawat
platina, pemuaian keping bimetal, dan perubahan tekanan gas pada volume tetap.
Termometer zat
cair yang paling banyak dijumpai dalam kehidupan sehari-hari adalah termometer
yang bahan pengisinya zat cair, misalnya raksa. Pada umumnya zat cair memiliki
pemuaian yang tidak teratur. Misalnya, air apabila dipanaskan dari suhu 0oC
– 4oC volumenya justru menyusut. Akan tetapi, raksa memiliki
pemuaian yang teratur.
a)
Termometer Raksa
Termometer
raksa adalah termometer yang bahan pengisinya adalah raksa. Sebagai contoh
termometer raksa adalah termometer skala Celsius. Raksa dalam termometer akan
memuai apabila dipanaskan. Pemuaian ini menyebabkan raksa mengisi pipa kapiler
dan menunjuk pada skala tertentu.
b) Termometer Alkohol
Alkohol juga
dapat digunakan sebagai bahan pengisi termometer.Beberapa keuntungan apabila
alkohol digunakan sebagai bahan pengisi termometer adalah
o jika
dibandingkan dengan raksa, alkohol lebih murah
o pemuaiannya
teratur
o titik beku
alkohol sangat rendah (–115oC) sehingga termometer alkohol dapat
digunakan untuk mengukur suhu rendah.
Adapun kerugian
menggunakan raksa sebagai bahan pengisi termometer adalah
o
membasahi dinding;
o
titik didih alkohol sangat rendah (–78oC)
sehingga pemakaiannya menjadi terbatas
o
kalor jenisnya besar sehingga perlu perubahan panas yang
besar untuk mengubah suhu.
c)
Termometer Klinis
Termometer ini
digunakan untuk mengukur suhu tubuh manusia. Oleh karena itu, termometer ini
sering disebut termometer suhu badan. Bagian-bagian dari termometer klinis
adalah tabung raksa, bagian yang menyempit, dan pipa kapiler. Zat cair yang
digunakan untuk bahan pengisi termometer ini adalah raksa. Skala termometer
klinis memiliki jangkauan di atas dan di bawah suhu rata-rata tubuh manusia,
yaitu 37oC. Suhu terendah tubuh manusia tidak pernah kurang dari 35oC
dan tidak pernah lebih dari 42oC sehingga skala termometer klinis
terletak antara 35oC dan 42oC.
Untuk mengukur
suhu badan, termometer klinis ditempatkan di bawah lidah atau dijepit pada
ketiak. Setelah beberapa saat, termometer diambil dan raksa dalam tabung
menjadi dingin dan menyusut. Dengan adanya bagian yang menyempit, raksa di
dalam pipa kapiler tidak dapat memasuki tabung dan tetap menunjukkan skala
tertentu, misalnya 37oC.
d)
Termometer Dinding
Termometer
dinding digunakan untuk mengukur suhu ruang. Sesuai dengan namanya, termometer
ini dipasang pada dinding ruangan. Skala termometer ini memiliki jangkauan suhu
yang dapat terjadi dalam ruang, misalnya –50oC sampai 50oC.
C. Skala Termometer
1. Termometer Skala Celcius
Skala Celcius merupakan skala yang
paling banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Skala ini
ditetapkan oleh seorang ahli fisika berkebangsaan Swedia bernama Anders
Celcius (1701 – 1744). Ia menetapkan titik beku air sama dengan 0
derajat sebagai titik tetap bahwa, dan titik didih air sama dengan 100
derajat sebagai titik tetap atas. Di antara jarak kedua titik tersebut
dibagi menjadi 100 satuan derajat. Skala Celcius memiliki satuan derajat
Celcius yang ditulis 0C.
2. Termometer Skala Fahrenheit
Skala Fahrenheit ditetapkan oleh
Gabriel Daniel Fahrenheit (1686 – 1736), seorang ilmuwan fisika
berkebangsaan Jerman. Ia menetapkan titik beku air sama dengan 320 dan titik didih air sama dengan 2120
. Di antara jarak kedua titik tetap tersebut dibagi menjadi 180 satuan
derajat. Penulisan nilai suhu, misalnya 100 derajat fahrenheit, cukup
ditulis 100 0F. Skala Fahrenheit banyak dipakai dinegara-negara Eropa dan Amerika.
3. Termometer Skala Reamur
Skala Reamur adalah skala suhu yang
dinamakan oleh Rene Antoine Ferchault de Reamur, yang pertama
mengusulkannnya pada 1731. Titik beku air adalah 0 derajat Reamur, titik
didih air 80 derajat, serta memiliki 80 satuan derajat, penulisan nilai
suhu skala Reamur, misalnya 40 dejarat Reamur, ditulis 400R
skala ini mulanya dibuat dengan alkohol, jadi termometer Reamur yang
dibuat dengan raksa sebenarnya bukan termometer Reamur sejati. Skala
Reamur digunakan secara luas di Eropa, terutama di Perancis dan Jerman,
tapi kemudian digantikan oleh Celcius. Saat ini skala Reamur jarang
digunakan kecuali di Industri permen dan keju.
4. Termometer Skala Kelvin
Lord Kelvin (1824 – 1907) adalah ilmuwan berkebangsaan Inggris yang
menetapkan skala Kelvin. Skala Kelvin ditetapkan berdasarkan
perhitungan bahwa ada suhu minimal di alam ini. Hal tersebut didukung
oleh teori kinetik partikel bahwa pada suhu nol mutlak,
partikel-partikel semua zat praktis tidak bergerak. Suhu nol mutlak
tersebut sama dengan -273,15 0C, biasanya dibulatkan menjadi -273 0C. Pada skala Kelvin, titik beku air adalah 273 K dan titik didihnya 373 K. Skala kelvin memiliki satuan Kelvin, ditulis 0K.
D. KALOR
kalor adalah energi yang berpindah dari satu benda ke
benda lain karena adanya perbedaan suhu.
Satuan kalor
adalah dalam SI adalah Joule. Satuan yang lain adalah kalori. Satu kalori (1
kal) didefinisikan sebagai jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu
satu gram air sebesar satu derajat Celsius.
1 kalori = 4,2 joule
1 joule = 0,24 kalori.
Kalor jenis suatu benda dapat didefinisikan sebagai jumlah kalor
yang diperlukan untuk menaikkan temperatur 1 kg suatu zat sebesar 1oK.
Kalor jenis menunjukkan kemampuan suatu benda untuk menyerap kalor. Semakin
besar kalor jenis suatu benda, semakin besar pula kemampuan benda tersebut
untuk menyerap kalor
c = Q / (m x ∆T)
c = Kalor jenis benda
(J/KgoK)
Q = Jumlah kalor yang
diperlukan (J)
m = Massa benda (Kg)
∆T = perubahan suhu (oK)
Sedangkan Kapasitas
Kalor adalah jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan temperatur suatu
zat sebesar 1o K. Satuan kapasitas kalor J/oK
C = Q / ∆T atau
C = m x c
D. ASAS BLACK
Bila dua zat yang suhunya tidak sama dicampur maka zat
yang bersuhu tinggi akan melepaskan kalor sehingga suhunya turun dan zat yang
bersuhu rendah akan menyerap kalor sehingga suhunya naik sampai terjadi
kesetim-bangan termal. Karena kalor merupakan suatu energi maka berdasar hukum kekekalan
energi diperoleh kalor yang dilepaskan sama dengan kalor yang diserap. Konsep
tersebut sering disebut dengan azaz Black, yang secara matematis dapat
dinyatakan:
Qlepas = Qterima
PENGARUH KALOR
1.
PERUBAHAN SUHU
Jumlah kalor yang diterima zat sebanding
dengan perubahan suhunya. Artinya, apabila kalor yang diterima semakin besar
perubahan suhunya juga semakin besar.
Q =
m x c x ∆T
Q = Jumlah kalor yang diserap atau
dilepas (J atau Kal)
m = massa benda yang dipanaskan (Kg
atau gram)
c = Kalor jenis benda (J/Kgo.C
atau Kal/gram.oC)
∆T = Perubahan suhu (oC)
2.
PERUBAHAN WUJUD
Perubahan wujud zat
bergantung pada jumlah kalor yang diterima atau jumlah kalor yang dilepaskan
oleh zat yang bersangkutan. Suatu zat dapat berubah menjadi tiga wujud zat, di
antaranya cair, padat, dan gas. Perubahan wujud zat ini diikuti dengan
penyerapan dan pelepasan kalor.
Perubahan wujud yang disertai dengan penyerapan kalor adalah mencair, menguap, deposisi. Sedangkan Perubahan wujud yang disertai dengan pelepasan kalor adalah mengembun, membeku, dan menyublim.
pada saat zat
mengalami perubahan wujud, suhu zat tersebut tetap, sehingga selama terjadi perubahan wujud zat seakan-akan kalor
tersebut disimpan. Kalor yang tersimpan tersebut disebut kalor laten, yang
diberi lambang "L"
Kalor
laten merupakan
kalor yang dibutuhkan 1 kg zat untuk berubah wujud.
Q
= m x L
Q = Jumlah kalor yang diserap atau
dilepas (J)
m = massa benda yang dipanaskan (Kg)
L = Kalor Laten (J/Kg)
Gambar dibawah ini
adalah grafik yang menyatakan jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu
benda dari keadaan A – E.
Jumlah kalor yang
diperlukan dalam masing-masing fase adalah:
1. A –
B à Q1
= m x c x ∆T (terjadi kenaikan suhu)
2. B –
C à Q2
= m x L (terjadi perubahan
wujud dari padat à
cair)
3. C –
D à Q3
= m x c x ∆T (terjadi kenaikan suhu)
4. D –
E à Q4
= m x L (terjadi perubahan
wujud dari cair à
gas)
Qtotal = Q1 + Q2 + Q3
+ Q4
3.
PEMUAIAN
A.
PEMUAIAN PANJANG
sebuah benda yang memiliki panjang L0 pada
temperatur T akan mengalami pemuaian panjang sebesar ΔL jika temperatur
dinaikan sebesar ΔT.
ΔL = L0
x α x ΔT
LT
= L0 + ΔL
LT
= L0 ( 1 + (α x ΔT))
ΔL = Pertambahan panjang (m)
L0 =
Panjang mula-mula (m)
LT =
Panjang akhir / pada suhu T (m)
α = Koefisien
muai panjang (/oC)
ΔT = perubahan suhu (oC)
B.
PEMUAIAN LUAS
Jika zat padat tersebut mempunyai 2 dimensi (panjang dan
lebar), kemudian dipanasi tentu baik panjang maupun lebarnya mengalami pemuaian
atau dengan kata lain luas zat padat tersebut mengalami pemuaian.
ΔA = A0
x β x ΔT
AT
= A0 + ΔA
AT
= A0 ( 1 + (β x ΔT))
Dimana β = 2 x α
ΔA = Pertambahan luas (m2)
A0 = Luas
mula-mula (m2)
AT = Luas
akhir / pada suhu T (m2)
β = Koefisien muai
luas (/oC)
ΔT = perubahan suhu (oC)
C.
PEMUAIAN VOLUME
Zat padat yang mempunyai
bentuk ruang, jika dipanaskan mengalami pemuaian volum.
ΔV = V0
x γ x ΔT
VT
= V0 + ΔV
VT
= V0 ( 1 + (β x ΔT))
Dimana γ = 3 x α
ΔV = Pertambahan Volume (m3)
V0 = Volume
mula-mula (m3)
VT = Volume
akhir / pada suhu T (m3)
γ = Koefisien
muai volume (/oC)
ΔT = perubahan suhu (oC)
PERPINDAHAN KALOR
Perpindahan kalor atau perambatan kalor terjadi dari
benda yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu rendah. Kalor dapat merambat
dengan tiga cara, di antaranya secara konduksi (hantaran), secara konveksi
(aliran), dan secara radiasi (pancaran).
1. KONDUKSI
Adalah perpindahan kalor
melalui zat perantara dimana partikel-partikel zat perantara tersebut tidak berpindah.
Berdasarkan daya hantar panasnya maka zat dikelompokkan menjadi dua yaitu
konduktor dan isolator.
a.
Konduktor (zat yang dapat menghantarkan panas dengan baik) antara lain:
tembaga, aluminium, besi, dan baja.
b.
Isolator (zat yang kurang baik menghantarkan panas), antara lain: kaca, karet,
kayu, dan plastik.
Besarnya Kalor yang
mengalir dalam batang konduktor per satuan waktu dapat dinyatakan:
Keterangan:
H = Jumlah
kalor yang merambat per satuan waktu (J/s)
Q = Kalor
yang merambat (J)
t = lama / waktu kalor merambat (s)
k = Koefisien konduksi termal (J/m.s.K)
A = luas
penampang batang konduktor (m2)
ΔT = perbedaan suhu (oK)
L = panjang batang
konduktor (m)
Dalam kehidupan
sehari-hari, contoh peristiwa konduksi ini dapat Anda temukan saat Anda memasak
makanan. Panci yang digunakan untuk memasak akan mendapatkan panas atau kalor
di setiap bagiannya, walaupun bagian panci yang terkena api hanyalah di bagian
bawahnya.
2. KONVEKSI
Perambatan kalor yang
disertai perpindahan massa atau perpindahan partikel- partikel zat perantaranya
disebut perpindahan kalor secara aliran atau konveksi. Rambatan kalor konveksi
terjadi pada fluida atau zat alir, seperti pada zat cair, gas, atau udara.
Besarnya kalor yang
merambat tiap satuan waktu adalah:
H = h x A x ΔT
Keterangan:
H = Jumlah
kalor yang merambat per satuan waktu (J/s)
h = Koefisien konveksi termal (J/m2.s.K)
A = luas
penampang batang konduktor (m2)
ΔT = perbedaan suhu (oK)
Penerapan peristiwa konveksi dalam kehidupan sehari-hari
adalah pada peristiwa pemasakan air, terjadinya angin darat dan laut, dan
lain-lain.
3. RADIASI
Radiasi adalah perpindahan kalor tanpa zat perantara. Perpindahan
kalor dari matahari ke bumi terjadi lewat radiasi (pancaran).
besarnya energi per satuan luas per satuan waktu yang
dipancarkan oleh benda yang bersuhu T, adalah:
W = e x
σ x T4
Keterangan:
W = energi
yang dipancarkan per satuan luas per satuan waktu (watt/m2)
σ = konstanta Stefan–Boltzmann = 5,672 × 10-8
watt/m2K4,
T = temperatur mutlak benda (K), dan
e = koefisien emisivitas (0 < e ≤1),
untuk benda hitam e = 1.
0 comments:
Post a Comment
Silahkan berkomentar dengan bijak dan sopan