Materi IPA SMP Kelas 7 (Suhu dan Pemuaian)
A. Termometer
Termometer biasanya berupa sebuah pipa kaca sempit tertutup yang berisi zat cair dan memiliki skala. Prinsip kerja termometer ada pada pengaruh perubahan suhu terhadap perubahan volumenya. Coba perhatikan volume air yang sedang dipanaskan. Saat air dipanaskan, suhu air akan meningkat. Peristiwa yang terjadi selanjutnya adalah volume air tersebut juga meningkat. Begitupun sebaliknya, saat air didinginkan volume air tersebut juga menurun. Selain pada air, peristiwa ini pun terjadi pada zat lain, seperti raksa dan alkohol yang digunakan sebagai bahan termometer.
Berikut adalah keuntungan dan kekurangan masing-masing zat cair yang digunakan sebagai bahan termometer.
Beberapa jenis termometer zat cair yang biasa digunakan, di antaranya adalah:
a. Termometer Klinis
Termometer klinis digunakan untuk mengukur suhu badan. Termometer ini umumnya dibuat dengan skala 35º C sampai 42º C sesuai dengan suhu tubuh manusia.
b. Termometer Suhu Ruang
Sesuai dengan namanya, termometer ini digunakan untuk mengukur suhu pada suatu ruangan. Skala pada termometer ini umumnya adalah -50º C sampai 50º C. Ukuran termometer suhu ruang jauh lebih besar dibandingkan termometer klinis.
c. Termometer Maksimum - Minimum
Berikut ini adalah skala-skala yang digunakan pada termometer. Cermatilah.
1. Skala Celsius
Skala ini ditetapkan oleh fisikawan Swedia bernama Andreas Celsius dengan satuan yang digunakan disebut Celsius, dilambangkan C. Skala terendah didasarkan pada titik beku air, yaitu 0º C dan tertinggi yang merupakan titik didih air, yaitu 100º C. Skala ini sering digunakan dalam kehidupan sehari-hari.
2. Skala Fahrenheit
Ditetapkan oleh seorang Fisikawan berkebangsaan Jerman, yaitu Gabriel Daniel Fahrenheit. Satuannya adalah fahrenheit, dilambangkan F. Titik beku air skala fahrenheit adalah pada suhu 32º F dan titik didihnya 212º F. Skala ini banyak digunakan oleh negara-negara di Benua Amerika dan Eropa.
3. Skala Reamur
Skala terendah dari termometer dengan satuan Reamur ini adalah 0º R dan skala tertingginya adalah 80º R. Termometer dengan skala ini merupakan termometer yang jarang digunakan.
4. Skala Kelvin
Skala ini ditetapkan oleh William Thomas Thompson Kelvin, ilmuwan berkebangsaan Inggris. Berbeda dengan yang lain, skala ini dibuat berdasarkan batasan enegi kinetik yang dimiliki oleh benda.
B. Pemuaian
Pernahkah kamu memperhatikan ketika memasak air secara tradisional menggunakan panci, lama-lama panci akan membesar? Ketika digunakan untuk memasak air, panci tersebut mengalami pemanasan sehingga terjadilah pemuaian yang berakibat volume panci lebih besar. Namun, mengapa air pada panci tetap tumpah padahal volume panci telah bertambah? Hal ini terjadi karena air yang dimasak juga mengalami pemuaian yang berakibat bertambahnya volume air.
Peristiwa ini menunjukkan bahwa pemuaian air tenyata lebih besar daripada pemuaian panci sehingga air yang mendidih tetap bisa tumpah. Pemuaian yang terjadi pada air dan panci ini disebut sebagai pemuaian ruang.
Dari contoh ini, dapat diambil kesimpulan bahwa semua wujud zat mengalami pemuaian yang dapat berakibat bertambahnya panjang, luas, atau volume zat yang bersangkutan.
Kenaikan suhu, panjang, luas, atau volume semula, dan jenis zat dapat mempengaruhi pemuaian yang terjadi pada zat tersebut. Besarnya pertambahan yang diakibatkan oleh pemuaian, dapat dihitung dengan mengetahui koefisien muai yang dialami oleh zat tersebut. Misalnya, koefisien muai panjang (α) untuk zat yang mengalami pertambahan panjang akibat pemuaian, koefisien muai luas (β) untuk zat yang mengalami pertambahan luas akibat pemuaian, koefisien muai volume (γ) untuk zat yang mengalami pertambahan volume akibat pemuaian,
dan koefisien muai gas untuk perubahan yang dialami zat berwujud gas yang diakibatkan oleh pemuaian. Pada kesempatan ini, akan dibahas tiga koefisien muai, yaitu panjang, luas, dan volume.
1. Koefisien Muai Panjang
Koefisien muai panjang adalah bilangan yang menunjukkan besarnya pertambahan panjang tiap satu meter pada suhu 1 K atau 1º C. Pada suhu dan panjang mula-mula suatu zat berturut-turut adalah T0(K atau º C) dan L 0 (m), maka panjang benda setelah dipanaskan hingga suhu T (K atau º C) adalah L t (m). Secara matematis dirumuskan:
Tabel berikut ini menunjukkan nilai koefisien muai panjang untuk beberapa jenis zat.
2. Koefisien Muai Luas
Pernahkah kamu mengamati pemasangan kaca jendela? Luas bingkai jendela dibuat lebih besar daripada luas kaca yang dipasang. Perlakuan ini bertujuan untuk mengantisipasi pecahnya kaca ketika pemuaian terjadi. Koefisien muai luas adalah bilangan yang menunjukkan besarnya pertambahan luas tiap satu meter persegi pada suhu 1 K atau 1º C. Luas benda setelah dipanaskan hingga suhu tertentu dapat dihitung dengan rumus berikut:
At = A0 {1 + β (T ă T0)}
dengan : At = Luas benda setelah dipanaskan (m2) A0 = Luas benda mula-mula (m2)
β = Koefisien muai luas (º C-1 atau K-1)
T = Suhu benda setelah dipanaskan (º C atau K) T0 = Suhu benda mula-mula (º C atau K)
3. Koefisien Muai Volume
Koefisien muai volume adalah bilangan yang menunjukkan besarnya pertambahan volume tiap satu meter kubik pada suhu 1 K atau 1º C. Untuk mengetahui volume benda setelah dipanaskan hingga suhu tertentu, dapat digunakan persamaan:
V t = V0 {1 + γ ( T ă T0)}
dengan : Vt = Volume benda setelah dipanaskan (m3) V0 = Volume benda mula-mula (m3)
