Kelas 7 - BAB 4 Suhu dan Perubahannya

 1. Suhu

Dalam ilmu pengetahuan alam, derajad atau tingkat panas dinginnya suatu keadaan disebut suhu atau temperature. Dengan menggunakan besaran suhu ini, dapat menentukan panas dan dingin suatu keadaan secara pasti. Suhu termasuk besaran pokok dan dalam SI satuan suhu adalah Kelvin (K), tetapi di Indonesia besaran suhu yang sering digunakan adalah Celsius (ºC).

2.    Termometer

-          Pada tubuh kita ada indera peraba, seperti tangan, namun tidak dapat menentukan secara tepat nilai panas dan dingin suatu benda. Dan setiap orang mempunyai kepekaan indera perasaan yang berbeda – beda.

-          Dengan pertimbangan tersebut, maka dibuat alat yang digunakan untuk mengukur suhu dengan teliti dan dapat dipakai untuk mengukur suhu yang rendah maupun suhu yang tinggi. Alat ukur tersebut dinamakan thermometer. Termometer berasal dari bahasa Yunani, yaitu thermos artinya panas, dan meter artinya mengukur. Jadi, thermometer merupakan alat untuk mengukur suhu dan menyatakannya dengan angka. Termometer biasanya berbentuk sebuah pipa kaca sempit tertutup yang diisi dengan zat cair, seperti air raksa. Termometer dibuat berdasarkan sifat termometrik suatu zat, yaitu sifat – sifat benda yang dapat berubah akibat perubahan suhu pada benda tersebut.

-          Sifat – sifat termometrik suatu benda antara lain sebagai berikut:

a.   perubahan wujud

b.   perubahan volume

c.   perubahan daya hantar listrik

d.   perubahan warna

-          Zat cair pengisi tabung thermometer harus memenuhi syarat – syarat berikut:

a. Mempunyai pemuaian yang teratur

b. Mudah dilihat

c. Tidak membasahi dinding

-          Berdasarkan zat pengisi thermometer yang sering digunakan, thermometer dibedakan menjadi dua, yaitu thermometer yang menggunakan zat pengisi raksa dan termometer yang menggunakan zat cair alkohol. Kedua zat cair tersebut masing – masing memiliki keuntungan dan kerugian.

a.     Termometer Raksa

Keuntungannya adalah sebagai berikut:

1). Warnanya mengkilap seperti perak sehingga mudah dilihat

2). Perubahan volumenya teratur pada saat terjadinya perubahan suhu

3). Tidak membasahi dinding kaca

4). Jangkauan suhunya cukup lebar (-40ºC sampai dengan 350 ºC), sehingga dapat digunakan untuk mengukur suhu yang tinggi.

5). Mudah menyesuaikan dengan suhu benda yang diukur.

Kerugiannya adalah sebagai berikut:

1). Harga raksa mahal

2). Raksa tidak dapat mengukur suhu yang sangat rendah

3). Raksa merupakan zat beracun, senigga berbahaya jika jabungnya pecah

b.    Termometer Alkohol

Keuntungannya adalah sebagai berikut:

1). Untuk menaikkan suhu kecil, alcohol mengalami perubahan volume  lebih besar sehingga dapat mengukur suhu dengan teliti

2). Dapat mengukur suhu yang sangat rendah

3). Pemuaian teratur

4). Memiliki koefisien muai yang besar

Kerugiannya adalah sebagai berikut:

1). Titik didih rendah (80 ºC) sehingga tidak bias mengukur pada suhu yang tinggi

2). Tidak berwarna, sehingga perlu diberi warna agar mudah dilihat

3). Kalor jenisnya tinggi, sehingga membutuhkan energi besar untuk menaikkan suhu

4). Membasahi dinding kaca

-          Air tidak bisa digunakan untuk mengisi thermometer karena

a.     air tidak berwarna, sehingga sulit untuk dilihat

b.    air membasahi dinding kaca

c.     jangkauan suhu air terbatas, mulai 0 ºC sampai 100 ºC

d.    air mengalami perubahan volume sangat kecil jika suhunya dinaikkan

e.     perubahan suhu paba air memerlukan waktu yang lama sehingga mengurangi ketelitian pembacaan

-          Berdasarkan skalanya termometer terdiri dari 4 jenis yaitu Celcius, Reamur, Fahrenheit, dan Kelvin.

-          Pemberian skala pada thermometer menggunakan dua titik acuan, yaitu  titik tetap bawah ( suhu es melebur ) dan titik tetap atas ( suhu air mendidih).

                

-          Perbandingan titik tetap atas dan titik tetap bawah pada skala Celcius, Reamur, Fahrenheit adalah sebagai berikut:

Perbandingan Titik Tetap	Celcius	Reamur	Fahrenheit	Kelvin
Titik tetap atas ( air mendidih ) Titik tetap bawah ( air membeku )	100 ºC 0 ºC	80 ºR 0 ºR	212 ºF 32 ºF	373 K 273 K

-          Perbandingan skala termometer tersebut adalah :             

·         Jumlah Skala                   =   Celcius : Fahrenheit : Reamur : Kelvin     = 100 : 180 : 80 : 100

·         Perbandingan Skala      =         t_C       :      t_F - 32     :      t_R         : t_K - 273    =    5  :   9   :  4  :  5

-          Dengan perbandingan tersebut kita dapat mengubah skala termometer tertentu menjadi skala termometer lain yaitu:

1.       Termometer Celcius dengan Termometer Fahrenheit

Diketahui pengukuran termometer Celcius, yang ditanyakan termometer Fahrenheit	Diketahui pengukuran termometerFahrenheit, yang ditanyakan termometerCelcius

2.       Termometer Celcius dengan Termometer Reamur

Diketahui pengukuran termometer Celcius, yang ditanyakan termometer Reamur	Diketahui pengukuran termometer Reamur, yang ditanyakan termometer Celcius

3.       Termometer Celcius dengan Termometer Kelvin

Diketahui pengukuran termometer Celcius, yang ditanyakan termometer Kelvin	Diketahui pengukuran termometer Kelvin, yang ditanyakan termometer Celcius

-          Beberapa jenis thermometer yang banyak di gunakan antara lain:

a.     Termometer maksimum-minimum

Termometer maksimum-minimum pertama kali dibuat oleh Six dan Bellani, sehingga thermometer ini sering disebut dengan thermometer Six Bellani. Termometer maksimum-minimum di gunakan untuk mengukur suhu sehari – hari. Termometer ini menggunakan raksa dan alcohol sebagai zat termometrik dalam tabung terbentuk U.

aTermometer klinik

Termometer klinik di gunakan untuk mengukur suhu badan manusia. Skala thermometer pada suhu badan 34 ºC sampai 42 ºC. Zat termometrik yang digunakan untuk mengisi tabung thermometer adalah raksa.

b.    Pirometer

Pirometer adalah  thermometer pengukur suhu pada alat pembakar atau tungku. Jangkauantermometer ini antara 500 ºC sampai 3000 ºC. Prinsip kerja alat ini adalah mengukur radiasi yang dipancarkan oleh benda yang diteruskan.

c.     Termometer laboratorium

Sesuai dengan namanya, thermometer laboratorium biasanya digunakan untuk penelitian di laboratorium.

Semua benda baik berwujud padat, cair, maupun gas akan memuai saat dipanaskan dan sebaliknya akan menyusut saat didinginkan. Pemuaian dan penyusutan benda memberikan manfaat / kegunaan dalam kehidupan sehari-hari. masalah yang diakibatkan oleh pemuaian zat dan cara mengatasinya diantaranya dapat dilihat pada tabel berikut :

No	Masalah yang Timbul	Cara Mengatasi
1	Kaca jendela dapat pecah saat memuai atau saat cuaca sangat panas	-   Memberi ruang muai pada bingkai jendela -   Memakai kaca yang koefisien muainya kecil
2	Ruas rel kereta api dapat melengkung saat memuai atau saat cuaca panas	-   Memberi celah diantara ruas – ruas rel kereta sebagai ruang muai
3	Bentangan Kabel listrik atau telepon dapat putus saat menyusut atau saat cuaca dingin ( umumnya malam hari )	-   Pemasangan bentangan kabel dibuat kendor sehingga saat menyusut tidak putus
4	Konstruksi jembatan dapat rusak atau retak saat memuai atau saat cuaca panas	-   Memberi ruang muai antara jembatan dengan badan jalan -   Memberi bantalan roda antara beton jembatan dengan dasar jembatan
5	Gelas dapat pecah saat tiba-tiba diisi dengan air panas	-   Menuangkan air panas dengan cara pelan-pelan -   Menuangkan air panas dengan menyentuh bibir atas gelas terlebih dahulu

Manfaat pemuaian zat dalam kehidupan sehari-hari antara lain :

(1) Pembuatan termometer zat cair (raksa dan alkohol),

(2) Pembuatan termometer gas,

(3) Pengelingan pelat logam,

(4) Pemasangan roda pada ban baja lokomotif atau pemasangan bingkai besi pada roda sado/pedati.

(5) Pembuatan termostat bimetal

1.    Pemuaian Zat Padat.

Hampir semua zat memuai kalau dipanaskan, beberapa zat menyusut pada daerah suhu tertentu kalau dipanaskan misalnya bismut dan air. Pemuaian berbagai jenis zat padat dapat diselidiki dengan alat Musschenbroek. Besarnya panjang logam setelah dipanaskan adalah sebesar :

 

 Besarnya panjang zat padat untuk setiap kenaikan 1ºC pada zat sepanjang 1 m disebut koefisien muai panjang (α). Hubungan antara panjang benda, suhu, dan koefisien muai panjang dinyatakan dengan persamaan :

   atau        :  L  = L₀  ( 1 + α ( t₂  -  t₁  ))

Keterangan:
L = Panjang akhir (m)
L0 = Panjang mula-mula (m)ΔL = Pertambahan panjang (m)α = Koefisien muai panjang ( /ºC)Δt = kenaikan suhu (ºC)

t₁  = suhu benda sebelum dipanaskan ( ⁰C )

t₂ = suhu benda setelah dipanskan (  ⁰C )

Untuk jenis benda yang berlainan, besar pemuaiannya juga berbeda. Perbedaan pertambahan panjang terletak pada besarnya koefisien muai panjang masing – masing zat.

Beberapa Koefisien Muai Panjang Benda

 

Bimetal dan penggunaannya

Keping bimetal adalah dua keping logam yang berbeda koefisien muai panjang dikeling menjadi satu. Jika dipanaskan, keping melengkung ke arah yang koefisien muainya lebih kecil dan jika didinginkan, keping melengkung ke arah logam yang koefisien muainya lebih besar. Sifat pelengkungan keping bimetal yang peka terhadap perubahan suhu dimanfaatkan pada saklar termal, termostat bimetal, dan alarm kebakaran..