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 = tC : tF - 32 : tR : tK - 273 = 5 : 9 : 4 : 5
- 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.
a. Termometer 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 :
1.Kaca jendela dapat pecah saat memuai atau saat cuaca sangat panas. dapat diatasi dengan:
- 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. dapat diatasi dengan :
- 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. dapat diatasi dengan :
4.Konstruksi jembatan dapat rusak atau retak saat memuai atau saat cuaca panas. dapat diatasi dengan :
- 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. dapat diatasi dengan :
- 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..
Dasar kerja bimetal:
- Jika Koefisien muai benda besar maka saat dipanaskan cepat memuai ( cepat memanjang ) dan jika didinginkan cepat menyusut ( cepat memendek )
- Jika Koefisien muai benda kecil maka saat dipanaskan lambat memuai ( lambat memanjang ) dan jika didinginkan lambat menyusut ( lambat memendek )
- Jika bimetal dipanaskan maka akan melengkung kearah logam yang koefisien muainya lebih kecil
- Jika bimetal didinginkan maka akan melengkung kearah logam yang koefisien muainya lebih besar
b. Pemuaian Zat Cair
Informasi tentang pemuaian zat cair :
1. Tambahan volume zat cair jika dipanasi disebut muai ruang
2. Pemuaian zat cair dapat diselidiki dengan sebuah dilatometer, yaitu sebuah labu gelas yang mempunyai pipa kecil berskala
3. Pemuaian berbagai zat cair berbeda – beda, hal ini disebabkan adanya perbedaan koefisien muai ruang zat cair
4. Koefisien muai ruang atau muai volume adalah bilangan yang menunjukan pertambahan volume setiap satuan volume suatu zat bila suhu naik 10C
5. Pada pemuaian zat cair berlaku persamaan
V2 = V1 { 1 + y ( t2 - t1 )}
Dimana V2 = volume pada suhu t 0C ( m 3 atau cm3 )
V1 = volume pada suhu t 0C ( m3 atau cm 3 )
Y = koefisien muai ruang ( /0C )
t1 = suhu awal ( 0C )
t2 = suhu akhir ( 0 C )
6. Berdasarkan hasil pengamatan, koefisien muai ruang zat padat tiga kali koefisien muai panjangnya. Jadi y = 3 a
Khusus untuk air, pada kenaikan suhu dari 0º C sampai 4º C volumenya tidak bertambah, akan tetapi justru menyusut. Pengecualian ini disebut dengan anomali air. Oleh karena itu, pada suhu 4ºC air mempunyai volume terendah.
c. Pemuaian Zat Gas
Mungkin kamu pernah menyaksikan mobil atau motor yang sedang melaju di jalan tiba-tiba bannya meletus?. Ban mobil tersebut meletus karena terjadi pemuaian udara atau gas di dalam ban. Pemuaian tersebut terjadi karena adanya kenaikan suhu udara di ban mobil akibat gesekan roda dengan aspal.
Informasi tentang pemuaian zat gas :
- 1. Semua gas memuai kalau dipanaskan. Pemuaian gas jauh lebih besar daripada benda padat dan cair.
- 2. Gas hanya memiliki muai ruang saja
- 3. Pemuaian zat gas dapat diselidiki dengan alat yang disebut Dilatometer
- 4. Pemuaian pada gas merupakan pemuaian volume atau pemuaian ruang
- 5. Koefisien muai volume( ruang ) semua gas adalah sama besar yaitu 1/273 atau 0,003663/0C
- 6. Persamaan gas pada tekanan tetap :
V2 = V1 { 1 + 1/273 ( t2 - t1 )}
Keterangan
V2 = Volume gas setelah dipanaskan ( m3 atau cm3 )
V1 = volume gas sebelum dipanaskan ( m 3 atau cm 3 )
t1 = suhu gas sebelum dipanaskan
t2 = suhu gas setelah dipanaskan
Pemuaian Gas pada Suhu Tetap (Isotermal)
Pernahkah kalian memompa ban dengan pompa manual. Apa yang kalian rasakan ketika baru pertama kali menekan pompa tersebut? Apa yang kalian rasakan ketika kalian menekannya lebih lama? Awalnya mungkin terasa ringan. Namun, lama kelamaan menjadi berat. Hal ini karena ketika kita menekan pompa, itu berarti volume gas tersebut mengecil. Pemuaian gas pada suhu tetap berlaku hukum Boyle, yaitu gas di dalam ruang tertutup yang suhunya dijaga tetap, maka hasil kali tekanan dan volume gas adalah tetap.
Dirumuskan sebagai:
Keterangan:
P = tekanan gas (atm)
V = volume gas (L)
Tidak ada komentar:
Posting Komentar