SUHU DAN PERUBAHAN A. Bagaimana Mengetahui Suhu Suatu Benda? Kalian tentunya pernah mandi menggunakan air hangat, bukan? Untuk mendapatkan air hangat tersebut kita mencampur air dingin dengan air panas. Ketika tangan kita menyentuh air yang dingin, maka kita mengatakan suhu air tersebut dingin. Ketika tangan kita menyentuh air yang panas maka kita katakan suhu air tersebut panas. Suhu sebuah benda adalah tingkat (derajat) panas suatu benda. Benda yang panas mempunyai derajat panas lebih tinggi daripada benda yang dingin. Dengan menyelupkan tangan pada air kita dapat mengetahui suhu melalui indra perasa. Akan tetapi, indra perasa bukan pengukur tingkat panas yang andal. Benda yang tingkat panasnya sama dirasakan berbeda oleh tangan kanan dan kirimu. Jadi, suhu benda yang diukur dengan indra perasa menghasilkan ukuran suhu kualitatif yang tidak dapat dipakai sebagai acuan. Suhu harus diukur secara kuantitatif dengan alat ukur suhu yang disebut termometer. I. Termometer sebagai Alat Ukur Suhu Suhu termasuk besaran pokok. Alat untuk untuk mengukur besarnya suhu suatu benda adalah termometer. a. Termometer Zat Cair Termometer yang umum digunakan adalah termometer zat cair dengan pengisi pipa kapilernya adalah raksa atau alkohol. Apa kelebihan Termometer yang berisi raksa? 1. Raksa mudah dilihat karena mengkilap. 2. Raksa memuai dengan teratur. 3. Raksa tidak membasahi dinding kaca. 4. Jangkauan suhunya besar (-40 0 C sampai 350 0 C) 5. Raksa memiliki konduktivitas yang tinggi (penghantar panas yang baik). Suhu dan Perubahan Page 1
Apa kekurangan Termometer yang berisi raksa? 1. Harga raksa mahal, 2. Tidak dapat digunakan untuk mengukur suhu di daerah kutub. 3. Raksa bersifat racun sehingga berbahaya jika pecah Pengukuran suhu yang sangat rendah biasanya menggunakan termometer alkohol. Alkohol memiliki titik beku yang sangat rendah, yaitu -114ºC. Namun demikian, termometer alkohol tidak dapat digunakan untuk mengukur suhu benda yang tinggi sebab titik didihnya hanya 78ºC. Pada pembuatan termometer terlebih dahulu ditetapkan titik tetap atas dan titik tetap bawah. Titik tetap termometer tersebut diukur pada tekanan 1 atmosfer. Di antara kedua titik tetap tersebut dibuat skala suhu. Penetapan titik tetap bawah adalah suhu ketika es melebur dan penetapan titik tetap atas adalah suhu saat air mendidih. Lalu, mengapa tidak menggunakan air untuk mengisi thermometer yang beriis zat cair? a. Air menempel pada pipa kapiler b. Air memuai jika didinginkan. Di suhu 0-4 C skala pada termometer bukan menurun, tetapi malah menaik. c. Tidak berwarna sehingga sulit dibaca d. Rentang suhu yang dapat terukur relatif kecil Suhu dan Perubahan Page 2
Beberapa termometer yang menggunakan zat cair akan dibahas berikut ini. a) Termometer laboratorium, Bentuknya panjang dengan skala dari -10 C sampai 110 C menggunakan raksa. b) Termometer suhu badan. Termometer ini digunakan untuk mengukur suhu badan manusia. Skala yang ditulis antara 35 o C dan 42 o C. Pipa di bagian bawah dekat labu dibuat sempit sehingga pengukuran lebih teliti akibat raksa tidak segera turun kelabu/reservoir. b. Pengukuran Zat Padat 1. Termometer bimetal yang menggunakan logam sebagai bahan. Termometer Bimetal berfungsi untuk menunjukkan adanya perubahan suhu dengan prinsip logam akan memuai jika dipanaskan dan menyusut jika didinginkan. Cara Kerjanya atau Prinsip kerjanya, keping bimetal dibentuk spiral dan tipis. Ujung spiral bimetal ditahan atau tidak bergerak dan ujung lainnya menempel ke gir penunjuk. Semakin besar suhu, keping bimetal semakin melengkung dan menyebabkan jarum penunjuk bergerak ke kanan ke arah angka yang lebih besar. Jika suhu turun, jarum penunjuk bergerak ke kin ke arah angka yang lebih kecil. Skala yang dibuat biasa berbentuk lingkaran. 2. Termometer Hambatan Platina. Termometer Hambatan berfungsi Untuk mengukur suhu yang tinggi tidak mungkin menggunakan termometer zat cair. Termometer logam adalah termometer yang paling tepat digunakan dalam industri untuk Suhu dan Perubahan Page 3
mengukur suhu di atas 1000 C. Salah satu termometer yang dibuat berdasarkan perubahan hambatannya adalah temometer hambatan platina. Hambatan listrik pada seutas kawat logam akan bertambah jika dipanaskan. Sifat termometnik ini dimanfaatkan untuk mengukur suhu pada termometer hambatan. Cara kerja termometer ini adalah dengan menyentuhkan kawat penghantar ke sasaran, misalnya lelehan besi yang panas pada pengolahan besi atau baja. Panas tersebut direspons oleh hambatan (R), kemudian energi listnik yang bersangkutan diubah menjadi energi gerak yang bisa menunjukkan angka tertentu pada skala suhu. II. Skala yang Digunakan pada Termometer Berapa suhu tubuh manusia sehat? Ya, kamu akan menjawab 37 o C. Huruf C kependekan dari Celcius, salah satu contoh satuan suhu atau skala suhu. Saat ini, dikenal beberapa skala suhu, misalnya Celcius, Fahrenheit, Reamur, dan Kelvin. Lalu apa perbedaan dari ke-empat skala tersebut? 1. Termometer Celcius. Titik tetap bawah diberi angka 0 dan titik tetap atas diberi angka 100. Diantara titik tetap bawah dan titik tetap atas dibagi 100 skala. 2. Termometer Reaumur. Titik tetap bawah diberi angka 0 dan titik tetap atas diberi angka 80. Di antara titik tetap bawah dan titik tetap atas dibagi menjadi 80 skala. Suhu dan Perubahan Page 4
3. Termometer Fahrenheit. Titik tetap bawah diberi angka 32 dan titik tetap atas diberi angka 212. Suhu es yang dicampur dengan garam ditetapkan sebagai 0ºF. Di antara titik tetap bawah dan titik tetap atas dibagi 180 skala. 4. Termometer Kelvin. Pada termometer Kelvin, titik terbawah diberi angka nol. Titik ini disebut suhu mutlak, yaitu suhu terkecil yang dimiliki benda ketika energi total partikel benda tersebut nol. Kelvin menetapkan suhu es melebur dengan angka 273 dan suhu air mendidih dengan angka 373. Rentang titik tetap bawah dan titik tetap atas termometer Kelvin dibagi 100 skala. Untuk menentukan konvensi skala suhu dapat digunakan dengan cara berikut : Suhu dan Perubahan Page 5
B. Perubahan Akibat Suhu 1. Perubahan Zat Padat Zat padat dapat mengalami pemuaian. Gejala ini memang sulit untuk diamati secara langsung, tetapi seringkali kamu dapat melihat pengaruhnya. misalnya, saat 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. Partikel-partikel zat padat selalu bergerak (bergetar). Jika zat padat tambahan energi. 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. Muai panjang Keterangan L = panjang setelah pemanasan atau pendinginan (m) atau (cm) L 0 = panjang awal (m) atau (cm) α = koefisien muai panjang ( / 0 C ) t 1 = suhu mula-mula ( 0 C ) t 2 = suhu akhir ( 0 C ) Muai luas Suhu dan Perubahan Page 6
Keterangan A = luas setelah pemanasan atau pendinginan (m 2 ) atau (cm 2 ) A 0 = luas awal (m 2 ) atau (cm 2 ) β = koefisien muai luas ( / 0 C ) t 1 = suhu mula-mula ( 0 C ) t 2 = suhu akhir ( 0 C ) β = 2α Muai volume Keterangan V = Volume setelah pemanasan atau pendinginan (m 3 ) atau (cm 3 ) V 0 = volume awal (m 3 ) atau (cm 3 ) γ = koefisien muai volume ( / 0 C ) t 1 = suhu mula-mula ( 0 C ) t 2 = suhu akhir ( 0 C ) γ = 3α Dalam kehidupan sehari-hari, benda atau zat padat akan memuai atau mengembang jika dipanaskan dan menyusut jika didinginkan. 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 Suhu dan Perubahan Page 7
molekul penyusun logam tersebut akan bergetar lebih cepat dari biasanya sehingga logam tersebut akan memuai ke segala arah. Pernahkah kalian melihat celah pada rel kereta api? Mengapa dibuat sedemikian rupa? Hal ini juga menyangkut teori pemuaian. Saat siang hari, panas dari matahari akan membuat besi pada rel kereta akan memuai sehingga menjadi lebih panjang. Celah pada rel kereta inilah yang dimafaatkan, sehingga ketika besi memuai, rel tidak akan patah dan bengkok. Dapatkah kalian menyebutkan peristiwa pemuaian di lingkungan sekitar? Suhu dan Perubahan Page 8
2. Perubahan Zat Cair Hampir semua zat akan memuai jika dipanaskan dan menyusut jika didinginkan. Tetapi, air memiliki sedikit pengecualian. Jika suhu diturunkan, memang volume air akan makin kecil seperli lainnya. Namun pada suatu ketika volume air justru membesar meskipun suhunya tetap diturunkan. Jadi ada suhu dimana air memiliki volume paling kecil. Jika pada suhu tersebut air dipanaskan, volumenya akan bertambah besar, jika pada suhu tersebut air didinginkan, volumenya akan membesar. Sifat air yang demikian disebut anomali air. Pada tekanan 1 atm, volume terkecil yang dimiliki air pada suhu 4 C. Dengan demikian, volume es lebih besar daripada volume air pada suhu 4 C. Karena volumenya paling kecil maka, massa jenis yang terbesar terjadi saat suhu 4 C. Suhu dan Perubahan Page 9