SUHU
Pengertian suhu
Suhu adalah besaran yang menyatakan
derajat panas dingin suatu benda dan alat yang digunakan untuk mengukur suhu
adalah thermometer. Dalam kehidupan sehari-hari masyarakat untuk mengukur suhu cenderung
menggunakan indera peraba. Tetapi dengan adanya perkembangan teknologi maka
diciptakanlah termometer untuk mengukur suhu dengan valid.
Pada abad 17 terdapat 30 jenis skala yang
membuat para ilmuan kebingungan. Hal ini memberikan inspirasi pada Anders
Celcius (1701 – 1744) sehingga pada tahun 1742 dia memperkenalkan skala yang digunakan
sebagai pedoman pengukuran suhu. Skala ini diberinama sesuai dengan namanya
yaitu Skala Celcius. Apabila benda didinginkan terus maka suhunya akan semakin
dingin dan partikelnya akan berhenti bergerak, kondisi ini disebut kondisi nol
mutlak. Skala Celcius tidak bisa menjawab masalah ini maka Lord Kelvin (1842 – 1907) menawarkan skala baru
yang diberi nama Kelvin. Skala kelvin dimulai dari 273 K ketika air membeku dan
373 K ketika air mendidih. Sehingga nol mutlak sama dengan 0 K atau -273°C. Selain skala tersebut ada
juga skala Reamur dan Fahrenheit. Untuk skala Reamur air membeku pada suhu 0°R dan mendidih pada suhu 80°R sedangkan pada skala
Fahrenheit air membuka pada suhu 32°F dan mendidih pada suhu 212°F.
Yang menjadi masalah dalam bab suhu adalah
kebanyakan orang kesulitan untuk mengubah dari satu skala ke skala yang
lainnya. Berikut ini adalah contoh mengubah dari skala celcius ke skala Fahrenheit.
Untuk skala yang lain caranya sama dengan
contoh diatas. Thermometer menurut isinya dibagi menjadi : termometer cair,
termometer padat, termometer digital. Semua termometer ini mempunyai keunggulan
dan kelemahan masing-masing. Sedangkan berdasarkan penggunaannya termometer
bermacam-macam sebagai misal termometer klinis, termometer lab dan lain-lain.
Berikut ini pembahasan macam macam termometer.
Pembuatan termometer pertama kali dipelopori oleh Galileo Galilei (1564
– 1642) pada tahun 1595. Alat tersebut disebut dengan termoskop yang
berupa labu kosong yang dilengkapi pipa panjang dengan ujung pipa
terbuka. Mula-mula dipanaskan sehingga udara dalam labu mengembang. Ujung pipa
yang terbuka kemudian dicelupkan kedalam cairan berwarna. Ketika udara dalam
tabu menyusut, zat cair masuk kedalam pipa tetapi tidak sampai labu. Beginilah
cara kerja termoskop. Untuk suhu yang berbeda, tinggi kolom zat cair di dalam
pipa juga berbeda. Tinggi kolom ini digunakan untuk menentukan suhu. Prinsip
kerja termometer buatan Galileo berdasarkan pada perubahan volume gas dalam
labu. Tetapi dimasa ini termometer yang sering digunakan terbuat dari bahan
cair misalnya raksa dan alkhohol. Prinsip yang digunakan adalah pemuaian zat
cair ketika terjadi peningkatan suhu benda.
Raksa digunakan sebagai pengisi termometer karena raksa mempunyai
keunggulan :
1. raksa penghantar panas yang baik
2. pemuaiannya teratur
3. titik didihnya tinggi
4. warnanya mengkilap
5. tidak membasahi dinding
Sedangkan keunggulan alkhohol
adalah :
1. titik bekunya rendah
2. harganya murah
3. pemuaiannya 6 kali lebih besar dari pada raksa sehingga pengukuran
mudah diamati
Termometer Laboratorium
Termometer ini menggunakan cairan raksa
atau alkhohol. Jika cairan bertambah panas maka raksa atau alkhohol akan memuai
sehingga skala nya bertambah. Agar termometer sensitif terhadap suhu maka
ukuran pipa harus dibuat kecil (pipa kapiler) dan agar peka terhadap perubahan
suhu maka dinding termometer (reservoir) dibuat setipis mungkin dan bila
memungkinkan dibuat dari bahan yang konduktor.
Termometer Klinis
Termometer ini khusus digunakan untuk
mendiaknosa penyakit dan bisanya diisi dengan raksa atau alkhohol. Termometer
ini mempunyai lekukan sempit diatas wadahnya yang berfungsi untuk menjaga
supaya suhu yang ditunjukkan setelah pengukuran tidak berubah setelah
termometer diangkat dari badan pasien. Skala pada termometer ini antara 35°C sampai 42°C.
Termometer Ruangan
Termometer ini berfungsi untuk mengukur suhu pada sebuah ruangan. Pada
dasarnya termometer ini sama dengan termometer yang lain hanya saja skalanya
yang berbeda. Skala termometer ini antara -50°C sampai 50°C
Termometer Digital
Karena perkembangan teknologi maka
diciptakanlah termometer digital yang prinsip kerjanya sama dengan termometer
yang lainnya yaitu pemuaian. Pada termometer digital menggunakan logam sebagai
sensor suhunya yang kemudian memuai dan pemuaiannya ini diterjemahkan oleh
rangkaian elektronik dan ditampilkan dalam bentuk angka yang langsung bisa
dibaca.
Termokopel.
Merupakan termometer yang menggunakan
bahan bimetal sebagai alat pokoknya. Ketika terkena panas maka bimetal akan
bengkok ke arah yang koefesiennya lebih kecil. Pemuaian ini kemudian
dihubungkan dengan jarum dan menunjukkan angka tertentu. Angka yang ditunjukkan
jarum ini menunjukkan suhu benda
KALOR
Pengertian Kalor
Kalor didefinisikan sebagai energi panas
yang dimiliki oleh suatu zat. Secara umum untuk mendeteksi adanya kalor yang
dimiliki oleh suatu benda yaitu dengan mengukur suhu benda tersebut. Jika
suhunya tinggi maka kalor yang dikandung oleh benda sangat besar, begitu juga
sebaliknya jika suhunya rendah maka kalor yang dikandung sedikit.
Dari hasil percobaan yang sering dilakukan besar kecilnya kalor yang
dibutuhkan suatu benda(zat) bergantung pada 3 faktor
1. massa zat
2. jenis zat (kalor jenis)
3. perubahan suhu
Sehingga secara matematis dapat dirumuskan :
Q = m . c . (
– 
)
– )
Dimana :
Q adalah kalor yang dibutuhkan (J)
m adalah massa benda (kg)
c adalah kalor jenis (J/kgC)
(t2-t1) adalah perubahan suhu (C)
Kalor dapat dibagi menjadi 2 jenis
1. Kalor yang digunakan untuk menaikkan suhu
2. Kalor yang digunakan untuk mengubah wujud (kalor laten), persamaan
yang digunakan dalam kalor laten ada dua macam Q = m.U dan Q = m.L. Dengan U
adalah kalor uap (J/kg) dan L adalah kalor lebur (J/kg)
Dalam pembahasan kalor ada dua kosep yang hampir sama tetapi berbeda
yaitu kapasitas kalor (H) dan kalor jenis (c)
Kapasitas kalor adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan
suhu benda sebesar 1 derajat celcius.
H = 
Kalor jenis adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu
1 kg zat sebesar 1 derajat celcius. Alat yang digunakan untuk menentukan besar
kalor jenis adalah kalorimeter.
c = 
Bila kedua persamaan tersebut dihubungkan maka terbentuk persamaan baru
H = m . c
Analisis grafik perubahan wujud pada es yang dipanaskan sampai menjadi
uap. Dalam grafik ini dapat dilihat semua persamaan kalor digunakan.
Keterangan :
Pada Q1 es mendapat kalor dan digunakan menaikkan suhu es, setelah suhu
sampai pada 0 C kalor yang diterima digunakan untuk melebur (Q2), setelah semua
menjadi air barulah terjadi kenaikan suhu air (Q3), setelah suhunya mencapai
suhu 100 C maka kalor yang diterima digunakan untuk berubah wujud menjadi uap
(Q4), kemudian setelah berubah menjadi uap semua maka akan kembali terjadi
kenaikan suhu kembali (Q5)
Untuk mencoba kemampuan silakan kkerjakan latihan soal dengan cara klik
disini.
Hubungan antara kalor dengan energi listrik
Kalor merupakan bentuk energi maka dapat berubah dari satu bentuk
kebentuk yang lain. Berdasarkan Hukum Kekekalan Energi maka energi listrik
dapat berubah menjadi energi kalor dan juga sebaliknya energi kalor dapat
berubah menjadi energi listrik. Dalam pembahasan ini hanya akan diulas tentang
hubungan energi listrik dengan energi kalor. Alat yang digunakan mengubah
energi listrik menjadi energi kalor adalah ketel listrik, pemanas listrik, dll.
Besarnya energi listrik yang diubah atau diserap sama dengan besar
kalor yang dihasilkan. Sehingga secara matematis dapat dirumuskan.
W = Q
Untuk menghitung energi listrik digunakan persamaan sebagai berikut :
W = P . t
Keterangan :
W adalah energi listrik (J)
P adalah daya listrik (W)
t adalah waktu yang diperlukan (s)
Bila rumus kalor yang digunakan adalah Q = m . c . (
– 
) maka
diperoleh persamaan ;
– ) maka
diperoleh persamaan ;
P.t = m . c. ( – )
– )
Asas Black
Menurut asas Black apabila ada dua benda yang suhunya berbeda kemudian
disatukan atau dicampur maka akan terjadi aliran kalor dari benda yang bersuhu
tinggi menuju benda yang bersuhu rendah. Aliran ini akan berhenti sampai
terjadi keseimbangan termal (suhu kedua benda sama). Secara matematis dapat
dirumuskan :
Q lepas = Q terima
Yang melepas kalor adalah benda yang suhunya tinggi dan yang menerima
kalor adalah benda yang bersuhu rendah. Bila persamaan tersebut dijabarkan maka
akan diperoleh :
Q lepas = Q terima
m1.c1.(t1 – ta) = m2.c2.(ta-t2)
Catatan yang harus selalu diingat jika menggunakan asas Black adalah
pada benda yang bersuhu tinggi digunakan (t1 – ta) dan untuk benda yang
bersuhu rendah digunakan (ta-t2). Dan rumus kalor yang digunakan tidak selalu yang
ada diatas bergantung pada soal yang dikerjakan.
Perpindahan Kalor
Kalor dapat berpindah dari satu tempat ke
tempat lain. Bagaimanakah cara kalor itu berpindah? Kalor dapat berpindah
dengan tiga cara, yaitu konduksi atau hantaran, konveksi atau aliran, dan
radiasi atau pancaran.
1. Konduksi
Konduksi adalah perpindahan kalor melalui suatu zat tanpa disertai
perpindahan partikel-partikel zat tersebut. Berdasarkan daya hantar kalor, benda dibedakan menjadi dua, yaitu:
1) Konduktor
Konduktor
adalah zat yang memiliki daya hantar kalor baik. Contoh : besi, baja, tembaga,
aluminium, dll
2) Isolator
Isolator
adalah zat yang memiliki daya hantar kalor kurang baik. Contoh : kayu, plastik,
kertas, kaca, air, dll
Dalam kehidupan sehari-hari, dapat kamu jumpai peralatan rumah tangga
yang prinsip kerjanya memanfaatkan konsep perpindahan kalor secara konduksi,
antara lain : setrika listrik, solder. Mengapa alat-alat rumah tangga seperti
setrika, solder, panci, wajan terdapat pegangan dari bahan isolator? Hal ini
bertujuan untuk menghambat konduksi panas supaya tidak sampai ke tangan kita.
2. Konveksi
Konveksi adalah
perpindahan kalor pada suatu zat yang disertai perpindahan partikel-partikel
zat tersebut. Konveksi terjadi karena perbedaan massa jenis zat. Kamu dapat
memahami peristiwa konveksi, antara lain:
1) Pada zat cair karena perbedaan massa jenis zat, misal sistem
pemanasan air, sistem aliran air panas.
2) Pada zat gas karena perbedaan tekanan udara, misal terjadinya angin
darat dan angin laut, sistem ventilasi udara, untuk mendapatkan udara yang
lebih dingin dalam ruangan dipasang AC atau kipas.
Agar kamu lebih dapat memahami konveksi, lakukan kegiatan berikut!
Dari kegiatan yang kamu lakukan dapat
ditarik kesimpulan bahwa, aliran di dalam gelas disebabkan karena perbedaan
massa jenis zat. Air yang menyentuh bagian bawah gelas kimia tersebut dipanasi
dengan cara konduksi. Akibat air menerima kalor, maka air akan memuai dan
menjadi kurang rapat. Air yang lebih rapat pada bagian atas itu turun mendorong
air panas menuju ke atas. Gerakan ini menimbulkan arus kon-veksi. Pada bagian
zat cair yang dipanaskan akan memiliki massa jenis menurun sehingga
mengalir naik ke atas. Pada bagian tepi zat cair yang dipanaskan konveksi yang
terjadi seperti ditunjukkan pada gambar di bawah ini.
Pada bagian tengah zat cair yang dipanaskan, konveksi yang terjadi
seperti ditunjukkan pada gambar berikut.
Dari kegiatan yang kamu lakukan terlihat
bahwa asap turun di dalam cerobong yang tidak dipanaskan. Pada cerobong yang
dipanaskan tekanan udara kecil sehingga asap akan bergerak naik ke atas. Aliran
udara yang terlihat itulah yang menunjukkan konveksi pada zat gas. Tahukah kamu
mengapa cerobong asap pabrik di buat tinggi? Coba kamu cari tahu alasannya!
Angin laut dan angin darat merupakan contoh peristiwa alam yang melibatkan arus
konveksi pada zat gas. Tahukah kamu bagaimana terjadinya angin laut dan angin
darat? Coba perhatikan gambar di bawah ini!
Pada siang hari daratan lebih cepat panas
daripada lautan. Hal ini mengakibatkan udara panas di daratan akan naik dan
tempat tersebut diisi oleh udara dingin dari permukaan laut, sehingga terjadi
gerakan udara dari laut menuju ke darat yang biasa disebut angin laut. Angin
laut terjadi pada siang hari, biasa digunakan oleh nelayan tradisional untuk
pulang ke daratan. Bagaimanakah angin darat terjadi?
Pada
malam hari daratan lebih cepat dingin daripada lautan. Hal ini mengakibatkan
udara panas di permukaan air laut akan naik dan tempat tersebut diisi oleh
udara dingin dari daratan, sehingga terjadi gerakan udara dari darat menuju ke
laut yang biasa disebut angin darat. Angin darat terjadi pada malam hari, biasa
digunakan oleh nelayan tradisional untuk melaut mencari ikan.
3. Radiasi atau pancaran
Radiasi adalah perpindahan kalor tanpa melalui zat perantara. Saat
acara api unggun pada kegiatan Pramuka di sekolahmu, apa yang dapat kamu
rasakan saat kamu berada di sekitar nyala api unggun? Kamu akan merasakan
hangatnya api unggun dari jarak berjauhan. Bagaimanakah panas api unggun dapat
sampai ke badanmu? Kalor yang kamu terima dari nyala api unggun disebabkan oleh
energi pancaran. Alat yang digunakan untuk mengetahui adanya radiasi kalor atau
energi pancaran kalor disebut termoskop. Termoskop terdiri dari dua buah bola
kaca yang dihubungkan dengan pipa U berisi air alkohol yang diberi pewarna.
Perhatikan gambar!
Salah satu bola lampu dicat hitam,
sedangkan yang lain dicat putih. Apabila pancaran kalor mengenai bola A, hal
ini mengakibatkan tekanan gas pada bola A menjadi besar. Hal ini mengakibatkan
turunnya permukaan zat cair yang ada di bawahnya. Bagaimanakah sifat radiasi
dari berbagai permukaan? Sifat radiasi berbagai permukaan dapat diselidiki
dengan menggunakan alat termoskop diferensial. Alat yang digunakan untuk
menyelidiki sifat radiasi berbagai permukaan disebut termoskop diferensial.
Kedua bola lampu dicat dengan warna yang sama, tetapi di antara bola tersebut
diletakkan bejana kubus yang salah satu sisinya permukaannya hitam kusam dan
sisi lainnya mengkilap. Jika bejana kubus diisi dengan air panas, akan terlihat
permukaan alkohol di bawah bola B turun. Perbedaan ini
disebabkan karena kalor yang diserap bola B lebih besar daripada bola A. Dari
hasil pengamatan yang dilakukan dapat ditarik kesimpulan bahwa:
1) Permukaan benda hitam, kusam,
dan kasar merupakan pemancar dan penyerap kalor yang baik.
2) Permukaan benda putih, mengkilap dan halus merupakan pemancar dan
penyerap kalor yang buruk
