Bab 4 Suhu dan Kalor
A. Suhu dan Perubahannya
(1) Termometer laboratorium merupakan jenis termometer yang digunakan untuk mengukur suhu suatu zat cair yang terdapat pada laboratorium. Bentuk termometer ini berupa pipa tabung yang panjang dengan skala dari -10○C–110○C
(2) Termometer suhu badan atau termometer klinis merupakan jenis termometer yang digunakan untuk mengukur suhu tubuh. Termometer ini memiliki skala 35○C–42○C yang sesuai dengan derajat suhu tubuh manusia.
(3) Termometer ruangan merupakan jenis termometer yang digunakan untuk mengukur suhu suatu ruangan. Biasanya termometer ini diletakkan menempel di dinding ruangan.
(4) Termometer Six Bellani atau termometer maksimum minimum merupakan jenis termometer yang digunakan untuk mengetahui suhu maksimum dan minimum suatu ruangan dalam satu hari.
2) Termometer bimetal merupakan jenis termometer yang terbuat dari logam. Termometer bimetal digunakan untuk mengukur suhu suatu benda. Termometer bimetal terbuat dari dua lempeng logam bimetal yang saling direkatkan. Jika terdapat perubahan suhu, maka lempeng logam bimetal akan melengkung ke arah salah satu logam. Lempeng logam tersebut akan dihubungkan dengan jarum penunjuk yang akan bergerak dan menunjukkan angka tertentu jika terdapat perubahan suhu.
3) Termometer kristal cair merupakan jenis termometer yang diisi dengan kristal cair. Kristal cair tersebut diletakkan pada plastik tipis yang warnanya dapat berubah-ubah sesuai dengan perubahan suhu yang terjadi. Termometer kristal cair bertujuan untuk mengukur suhu tubuh kita.
Cara untuk menggunakan termometer ini yaitu dengan menempelkan termometer pada dahi selama beberapa waktu kemudian mengamati perubahan warna kristal cair yang terjadi.
Mengamati
Amatilah gambar berikut!
Tulislah informasi yang kalian dapatkan berdasarkan gambar tersebut di buku tugas kalian! Kumpulkan pada guru untuk diberi nilai!
b. Skala suhu
Nilai dari suatu suhu dinyatakan dalam bentuk satuan suhu. Satuan suhu atau skala suhu terdiri dari empat jenis di antaranya sebagai berikut.
1) Termometer celcius
Termometer celcius ditetapkan oleh Andreas celcius. Titik lebur es pada skala celcius adalah 0○C dan titik didih air adalah 100○C. Skala celcius digunakan di Indonesia sebagai acuan dalam melakukan pengukuran suhu suatu benda atau zat.
2) Termometer reamur
Titik tetap bawah diberi pada skala reamur yaitu 0○R dan titik tetap atas yaitu 80 ○R.
3) Termometer fahrenheit
Titik tetap bawah diberi pada skala fahrenheit yaitu 32 ○F dan titik tetap atas yaitu 212 ○F.
4) Termometer kelvin
Pada termometer kelvin, titik terbawah diberi angka nol. Titik tersebut dinamakan suhu mutlak.
Suhu mutlak adalah suhu terkecil pada suatu benda ketika energi total partikel benda tersebut nol. Kelvin menetapkan titik tetap bawah dengan angka 273 K dan titik tetap atas 373 K.
Perbandingan skala diambil dari nilai titik tetap atas dikurangi nilai titik tetap bawah pada
masing-masing skala suhu. Misalnya skala celcius memiliki hasil 100 skala (100○C–0○C). Berdasarkan itu dihasilkan perbandingan skala suhu sebagai berikut.
C : R : F : K = 100 : 80 : 180 : 100 C : R : F : K = 5 : 4 : 9 : 5
Dengan perbandingan skala tersebut, maka hubungan keempat skala suhu dapat dinyatakan dengan persamaan rumus sebagai berikut.
1) Skala celsius ke skala fahrenheit
9 32
5
F C
T = T + °F
2) Skala fahrenheit ke skala celsius
( )
5 32
9
C C
T = T − °C
3) Skala celsius ke skala kelvin:
TK = (TC + 273)K
4) Skala kelvin ke skala celsius:
TC = (TK – 273)○C
5) Skala celsius ke skala reamur 5
4
C R
T = T °C
6) Skala reamur ke skala celsius 5
4
C R
T = T °C
Gambar perbandingan skala suhu
Menanya
Tanyakan kepada guru atau teman sebangku kalian mengenai cara konversi skala suhu yang belum kalian pahami! Jawabannya gunakan sebagai bahan pembelajaran!
2. Perubahan Akibat Suhu
Ketika kalian mengukur suhu air mendidih dengan menggunakan termometer laboratorium, maka skala yang tertera akan menunjukkan kenaikan hingga 100○C. Cairan termometer yang berwarna merah atau perak tersebut akan mengalami kenaikan hingga suhu tertentu. Setelah termometer tidak
lingkungan misalnya 27○C. Peristiwa naiknya cairan termometer tersebut dapat dinamakan pemuaian.
Pemuaian merupakan penambahan ukuran suatu zat akibat perubahan suhu terutama dikarenakan adanya suhu yang meningkat. Adapun peristiwa kembali menurunnya cairan termometer setelah digunakan dinamakan penyusutan. Penyusutan merupakan berkurangnya ukuran suatu benda akibat perubahan suhu menjadi menurun atau suhu rendah.
a. Pemuaian zat padat
Pada dasarnya, zat padat memiliki bentuk yang tetap. Namun, pada beberapa jenis zat padat yang dikenai oleh suhu dapat mengalami pemuaian. Pemuaian yang terjadi pada zat padat terdiri dari tiga jenis yaitu muai panjang, muai luas, dan muai volume. Besarnya pemuaian yang terjadi pada zat padat dapat diukur dengan menggunakan alat yang dinamakan Musschenbroek.
1) Muai panjang
Jika suatu zat padat diberikan suatu suhu, maka akan mengalami pemuaian panjang. Makin tinggi suhu yang diberikan pada zat tersebut, maka panjangnya pemuaian juga akan makin besar. Selain itu, muai panjang pada zat padat juga ditentukan oleh jenis zat, misalnya zat aluminium yang panjang pemuaiannya lebih besar dari besi dan tembaga meskipun diberikan suhu yang derajatnya sama. Pertambahan panjang suatu zat padat dapat dinyatakan dengan persamaan rumus sebagai berikut.
L= L0 { 1 + α (t2 – t1} Keterangan:
Lt = panjang setelah pemanasan atau pendinginan (m atau cm) Lo = panjang awal (m) atau (cm)
α = koefisien muai panjang (/°C) t1 = suhu mula-mula (°C)
t2 = suhu akhir (°C)
Koefisien dari muai panjang menunjukkan bilangan yang menyatakan seberapa besar pertambahan panjang suatu bahan setiap satuan panjang jika suhunya naik 1○C. Pemuaian panjang untuk berbagai jenis benda padat berbeda-beda. Adapun koefisien panjang beberapa zat padat yang telah diketahui di antaranya sebagai berikut.
No. Nama Bahan Koefisien Muai Panjang (/○C)
1. Intan 12 × 10-5
2. Kuningan 1,9 × 10-5
3. Tembaga 1,7 × 10-5
4. Es 510 × 10-5
5. Aluminium 2,6 × 10-5
6. Baja 1,1 × 10-5
7. Platina 1,0 × 10-5
8. Kaca 0,9 × 10-5
9. Pyrex 0,3 × 10-5
10. Invar 0,1 × 10-5
2) Muai luas
Muai luas terjadi pada zat padat yang memiliki bentuk berupa kepingan persegi. Muai luas akan menghasilkan pertambahan ukuran luas suatu zat padat. Besarnya koefisien muai luas adalah dua kali dari koefisien muai panjang yang dinyatakan dengan simbol beta (β = 2α).
Adapun besarnya koefisien muai luas dapat dinyatakan dengan persamaan rumus sebagai berikut.
A = A0{1 + β (t2 – t1)} atau A = A0{1 + 2.α (t2 – t1)}
Keterangan:
A = luas setelah pemanasan atau pendinginan (m2 atau cm2) A0 = luas awal (m2 atau cm2)
β = koefisien muai luas (/°C) t1 = suhu mula-mula (°C) t2 = suhu akhir (°C) 3) Muai volume
Suatu zat padat yang memiliki bentuk bangun ruang seperti bola, kubus, atau balok akan mengalami pemuaian volume. Pemuaian pada muai volume dianggap ke semua arah. Besarnya koefisien muai volume adalah tiga kali dari koefisien muai panjang yang dinyatakan dengan simbol gama (γ = 3α). Besarnya koefisien muai volume dapat dinyatakan dengan rumus sebagai berikut.
V = V0 {1 + γ (t2 – t1)}
Keterangan:
V = volume setelah pemanasan atau pendinginan (m3 atau cm3) V0 = volume awal (m3 atau cm3)
γ = koefisien muai luas (/°C) t1 = suhu mula-mula (°C) t2 = suhu akhir (°C) b. Pemuaian zat cair
Zat cair merupakan jenis zat yang memiliki bentuk berubah-ubah menyesuaikan dengan wadahnya. Zat cair dapat mengalami pemuaian tetapi hanYa muai volume. Pemuaian zat cair dapat diamati pada termometer yang digunakan untuk mengukur suatu zat cair. Zat pengisi termometer akan mengalami kenaikan. Artinya, terjadi pertambahan volume pada zat pengisi termometer tersebut. Makin tinggi suhu yang diberikan kepada suatu zat cair, maka makin besar muai volume zat cair tersebut. Besarnya koefisien muai volume pada zat cair berbeda-beda sesuai dengan jenis zat cair yang mengalami pemuaian. Besarnya muai volume pada zat cair dapat diukur dengan alat yang dinamakan labu didih.
c. Pemuaian zat gas
Pada zat gas juga terjadi pemuaian yang hanya menunjukkan pemuaian volume. Zat gas memiliki volume yang mudah berubah. Pemuaian volume pada zat gas dapat diamati pada balon yang diisi oleh gas. Jika balon tersebut diletakkan pada tempat yang mendapatkan sinar matahari langsung, maka lama-kelamaan balon tersebut akan meletus dengan sendirinya. Sinar matahari menyebabkan suhu gas di dalam balon menjadi meningkat dan mengalami pemuaian. Pertambahan volume gas pada balon akan menekan dinding balon sehingga menyebabkan balon meletus. Besarnya pemuaian pada zat gas dapat diukur dengan alat yang dinamakan dilatometer. Adapun persamaan rumus untuk menghitung besarnya muai volume pada zat gas yaitu sebagai berikut.
V = Vo {1+ γ (t2 – t1)}
Keterangan:
V = pertambahan volume (m3 atau cm3) V0 = volume awal (m3 atau cm3)
γ = koefisien muai volume zat gas (/°C) t1 = suhu mula-mula (°C)
t2 = suhu akhir (°C)
Nilai koefisien muai gas yaitu 1 C-1 273°
Mengeksplorasi
Carilah informasi dari berbagai sumber literatur mengenai perbedaan muai panjang, muai luas, dan muai volume pada zat padat! Tulislah pada buku tugas kalian!