KONSEP S U H U

Konsep suhu berasal dari kepekaan indra kita dalam membedakan rasa dingin, hangat atau panasnya suatu zat. Menurut konsep energi suhu adalah ukuran energi kinetik internal molekuler rata-rata

Kemampuan indra manusia yang terbatas tidak mampu menetapkan tinggi rendahnya suhu secara pasti. Karena itu pengukuran suhu yang benar digunakan alat yang disebut termometer.

Perubahan suhu dapat menyebab perubahan sifat fisik pada suatu zat. Perubahan itu bisa terjadi dalam bentuk perubahan volume (memuai), perubahan wujud, hambatan, beda potensial, tekanan dan radiasi pancaran.

Karakteristik pengaruh suhu terhadap sifat fisik ini dimanfaatkan orang untuk membuat alat pengukur suhu atau termometer yang banyak kita kenal.

Termometer yang sering digunakan di laboratori um umumnya jenis air raksa. Jenis ini relatif lebih baik karena air raksa memiliki sifat pemuaian yang teratur, titik beku rendah, titik didih tinggi, kalor jenis kecil, kenampakan jelas dan air raksa tidak membasahi dinding pipa termometer.

Termometer Celsius memakai acuan dua titik tetap yaitu titik tetap bawah untuk titik lebur es pada untuk skala nol dan titik tetap atas untuk titik didih air pada skala 100, pada tekanan udara 1 atm .

Tipe skala termometer dibuat sesuai keperluan. Perbandingan skala Celsius dan Fahrenheit, t o C : t o F = 100 : 212.

Kesetaraan skala termometer, (t

F

–32) : t

C

= 9 : 5

t C

 5 9 

t F

 32  | Perubahan suhu 1 skala Celsius sama dengan 1 skala Kalvin, perbedaannya hanya ditentukan oleh nilai suhu nol mutlak,

t K



t C

 273

Beberapa macam termometer

Termometer zat cair

.

Volume zat cair (air raksa/alkohol ) akan berubah (pemuaian) jika suhunya berubah. (Termometer laboratorium, Ruang, Klinis, dan Maximum minimum ).

Termometer Laboratorium Termometer Ruang

Termometer gas.

Termometer gas Besar tekanan dalam tabung gas bervolume konstan akan berubah jika suhu gas tersebut berubah dan perubahan itu seban ding dengan perbedaan tinggi permukaan zat cair (air raksa) diantara kedua pipa tabung.

Termometer Platina dan Termistor

.

Besar nilai hambatan akan berubah jika suhu berubah dan perubahan hambatan ini dikonversi menjadi perubahan suhu. Nilai hambatan platina dan termistor saling berlawanan jika suhunya berubah.

Nilai R naik jika suhu turun Nilai R naik jika suhu naik

Termometer termokopel.

Perbedaan potensial akan timbul antara dua jenis logam yang disambungkan ujungnya dan besar beda potensial itu seban ding dengan suhu pada titik sambungan tersebut. Kelengkungan bimetal (

lapisan dua logam yang beda

) bentuk spiral akan berubah jika suhu nya berubah. Besar peruba han kelengkungan itu dikonver si menjadi penunjukkan suhu.

Termometer Optik (Pirometer

Warna spektrum () cahaya yang dipancarkan benda pijar berkaitan dengan tinggi rendahnya suhu benda itu, sesuai dgn persamaan.

Alat ini dilengkapi filamen pijar yang warna radiasi pancarnya dapat di sesuaikan dengan cahaya benda yang diukur suhunya

Contoh soal: 1. Jelaskan mengapa air raksa yang dipilih sebagai cairan termometer dan apa kendalanya jika cairan tersebut digantikan oleh air murni 2. Pada suhu berapa termometer Celcius dan termometer Fahrenheit menunjukkan nilai skala suhu yang sama.

3. Bagaimana dengan suhu suatu zat yang mengalami suatu proses dimana energi dalam zat itu antara awal dan ahir proses adalah sama. Sebutkan contohnya.

PEMUAIAN

Umumnya kenaikan suhu pada zat padat, cair dan gas menyebabkan volume zat itu bertambah karena memuai. Permuaian terjadi  Besar pemuaian setiap zat berbeda beda dan karakte ristik ini mencirikan sifat khas suatu zat.  Beda karakteristik ini justru memberi nilai tambah dalam peman faatan teknologi

Benda dengan bentuk memanjang seperti besi batangan, jika dipanasi pemuaian tampak pada perubahan panjangnya. Jika pada suhu awal t 0, panjang batang L 0 dan pada suhu akhir t panjang itu berubah menjadi L t , maka perubahan panjang adalah : 

L



L o

 

t L t



L o

{ 1   (

t



t o

)}  adalah koefisien muai panjang (linier) yaitu perbadingan perubahan panjang benda terhadap perubahan suhunya

Benda kubus (volume) jika dipanasi hingga beda suhu , permuaian terjadi pada panjang, lebar dan tingginya atau sama dengan pertambahan volume, 

V



V o



t

|

Q V t

 

m V o c t

{ 1   (

t



t o

)}  adalah koefisien muai volum yaitu perbandingan praksi perubahan volume terhadap perubahan suhu dan koef. muai volume adalah tiga kali koef. muai panjang

Zat cair dan gas hanya mempunyai pemuaian volume .Semua jenis gas pada tekanan tetap mempunyai koefisien muai yang sama yaitu   1 / 273

V t



V o

{ 1  1 / 273 (

t



t o

)} Untuk gas ideal yang berada dalam ruang tertutup dengan masa yang tertentu banyaknya berlaku, Jika Jika

P V

konstan,

T PV

 

C C

' (

tetap

) (

tetap

) …..

Gay-Lussac Boyle

Jika digabung,

PV T



C

" (

tetap

) …..

Boyle-Gay Lussac

|Pemuaian pada bimetal banyak dimanfaat kan dalam teknologi misalnya, pengatur suhu atomatik sterika, saklar suhu otomatik race cooker, alaran anti kebakaran, termostat AC dan Kolkas, lampu tanda belok motor, stater lampu TL, termometer dan dll.

Saklar automatik Strika dan kontrol suhu Lampu tanda belok

Anomali air

(keanehan air), adalah suatu pengecualian penting dimana volume air malah menyusut jika dipanasi antara suhu 0 o C hingga 4 o C, bukan memuai seperti umumnya zat. Pengecualian ini adalah kehendak “

Maha Pencipta ”

untuk melindungi kelangsungan hidup ekologi laut (danau) yang beku di musin dingin.

Karena penyusutan volume, masa jenis air terbesar ketika suhu air mencapai 4 o C. Karena itu air pada suhu 4 o C cenderung tenggelam, sementara air yang suhunya lebih rendah naik kepermukan dan seterusnya mulai beku pada suhu 0 o C. Jadi lapisan es yang terhampar di atas danau mulai terbentuk di permukaannya.

Volume minimu pada suhu 4 o C Lapisan es yang menga pung dipermukaan danau bersifat sebagai

isolator termal

yang dapat berfungsi mempertahan kan keberadaan wujud air dibawah permukaan es.

Pada logam baja, jika pemuaian tidak dimungkinkan, akan timbul tegangan tekan/tarik yang sangat besar (sepertiga regangan patah). Gaya tekan ini dapat membuat plat baja jembatan/rel kereta api meleng kung, berubah bentuk permanen. Untuk mengatasi efek ini, ujung-ujung sambungan baja itu harus diberi celah/ruang untuk pemuaian

KALOR

Kalor merupakan suatu bentuk energi. Ungkapan kalor mengandung arti banyaknya (kuantitas) panas yang dilepas, diserap atau dikandung suatu benda. Penyerapan dan pelepasan kalor dapat mengubah besarnya suhu dan wujud suatu benda.

Benda yang dipanasi atau menyerap kalor suhunya akan naik karena kalor menyebakan bertambahnya energi kenetik (EK) rata-rata molekul zat. Kalaor menyababkan pemuaian dan dapat menyebabkan perubahan wujud zat.

Eksprimen Joule membuk tikan, bahwa kerja mekanis dapat menghasilkan kalor. Kesetaraan kalor-mekanik 1 calori = 4,2 Joule, yaitu jumlah kalor yang diperlukan 1 kg air untuk menaikkan suhunya sebesar 1 o C Apabila dua benda yang beda suhunya disatukan (dicampur) maka terjadilah perpindahan kalor dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah hing ga dicapai kesetimbangan termal (suhu benda sama).

Jumlah kalor

Q

yang diserap/dilepas karena perbedaan suhu dengan lingkungannya, sebanding dengan masa m zat, kapastitas kalor jenis c dan selisih suhunya. Hubungan ini dirumuskan dengan,

Q



m c



t

Besaran

m c

=

H disebut k

apasitas kalor \ | Banyaknya kalor yang dibebaskan

Q b

oleh benda yang lebih panas sama dengan kalor yang diserap

Q s

oleh benda yang lebih dingin (Hukum kekekalan kalor

Azas Black

) dan ditulis,

Q

bebas

= Q

serab m b c b



t b



m s c s



t s m b c b

(

t b



t a

) 

m s c s

(

t a



t s

)

Pelepasan atau penyerapan kalor secara terus menerus akan menyebabkan terjadinya

perubahan wujud

(fase) zat. Selama berlangsung perubahan wujud zat, suhu selalu tetap.

Menguap, mencair, menyublim

untuk perubahan wujud ini diperlukan (diserap) kalor.

Membeku, mengembun, deposisi

untuk perubahan wujud ini kalor dilepaskan.

\Kalor yang dilepaskan/diserap pada peristiwa peruba han fase (wujud) disebut dengan

kalor laten L. Kalor lebur

(

L l

) adalah banyaknya kalor yang diperlukan per satuan masa zat untuk melebur pada suhu titik leburnya. Jadi m masa zat belebur dibu tuhkan kalor sebanyak

Q l = m L l Kalor uap

(

L u

) adalah banyaknya kalor yang diper lukan per satuan masa zat untuk menguap pada suhu titik uapnya. Jadi, m masa zat menguap dibutuhkan kalor sebesar,

Q u = m L u

.

Sistem pendingin lemari es

cair

freon

, meng gunakan prinsip ini. Penurunan suhu ruang pendingin disebabkan zat yang mudah menguap pada tekanan dan suhu ruang.

Freon

yang dipompakan motor listrik ke ruang pendingin yang tekanannya rendah, menyebabkan Freon meguap, sehingga terjadi penyerapan kalor dari ruang pendingin. Hal ini membuat suhu ruang pendingin turun semakin rendah. Freon yang kemudian mengembun, melepas kalornya pada pipa belakang dan setelah freon dimanpatkan disini, maka zat ini terbentuk menjadi cair kembali.

Jika zat padat, contohnya seperti es dipanasi secara terus menerus, maka grafik suhu terhadap waktu, seperti gambar berikut.

Q total = Q ab (t es naik) +Q bc (es melebur) + Q cd (t air naik) + Q de (air menguap) + Q ef (t uap naik) .

Penguapan zat cair dapat diperbesar jumlahnya dengan cara, memperluas bidang penguapan, menaikkan suhu, menurunkan tekanan dan melalu kan angin pada bidang penguapan.

Mendidih,

adalah peris tiwa naiknya gelembung-uap dalam zat cair ke permukaan, ketika tekanan uap gelembung itu lebih besar dari tekanan di atas permukaan zat cair.

Menguap

adalah lepasnya molekul molekul pada permukaan zat cair. Peristiwa ini yang bisa terjadi pada sembarang suhu dengan tekanan tertentu.

Presto cooker Titik didih, zat cair tergan tung pada tekanan di permu kaan zat cair. Makin tinggi tekanan makin tinggi pula suhu titik didih dan sebalik nya turun tekanan turun pula suhu titik didih. Prinsif ini dimanfaatkan pada alat ma sak

presure cooker

(presco) Penutup atas alat ini membuat tekanan didalam presco lebih tinggi dari udara luar, akibatnya suhu titik didihnya yang lebih tinggi dapat membuat daging lebih cepat masak. Hal ini dapat dijelaskan dengan grafik diagram fase air.

Pada penyulingan air bersih, zat cair diuapkan pada titik didihnya, lalu uap disalurkan kedalam pipa pendingin hingga terjadi pengembunan, lalu terbentuk air bersih.

PERPINDAHAN KALOR

Kalor selalu berpindah dari benda yang suhunya lebih tinggi ke benda yang suhunya lebih rendah. Terdapat tiga cara perpindahan kalor yaitu, konduksi, konveksi dan radiasi.

Konduksi, adalah perpindahan kalor melalui zat tampa disertai perpindahan partikel-partikel zat itu.

Kalor membuat partikel zat menproleh energi untuk bergetar, makin lama makin cepat hingga saling bertumbu kan dengan partikel berdekatan dan tumbukan itu menimbul kalor. Perpindahan kalor seperti ini biasanya terdapat pada logam dan zat padat.

Meski daya hantarnya berbeda, umumnya semua logam penghantar yang baik. Zat bukan logam dan zat berpori yang mengandung udara adalah penghantar yang buruk. Kedua sifat bahan ini sangat penting dalam kehidupan kita

Konveksi, adalah perpindahan kalor melalui suatu zat yang disertai perpindahan partikel-partikel zat tersebut. Perpindahan kalor ini umum terjadi pada zat cair dan gas yang dipanasi sehingga masa jenis partikel zat yg panas lebih kecil, ringan dan cenderung bergerak ke atas . Banyak contoh peristiwa konveksi ini, misalnya asap api yang naik ke atas, sirkulasi air ketika dimasak.

Radiasi, adalah perpindahan kalor tampa zat peran tara tetapi melalui rambatan gelombang elektromag nit. Karena itu perpindahan kalor cara radiasi dapat melalui gas bahkan ruang hampa, seperti halnya radiasi cahaya matahari yang mencapai bumi kita.

Permukaan benda yang terkena radiasi, bersifat

meneruskan radiasi, memantulkan dan menyerab radiasi

. Permukaan benda hitam dan kusam adalah permukaan penyerap radiasi yang terbaik, tetapi pematul yang buruk. Sebaliknya permukaan putih dan mengkilat adalah penyerap radiasi yang buruk, akan tetapi merupakan pemantul radiasi yang baik.

Koefisen emisivitas (daya serap)| permukaan benda hitam ideal bernilai

e

= 1, artinya permukaan itu menyerap seluruh energi radiasi. Untuk benda yang bukan hitam koef emisivitasnya , sementara untuk permukaan cermin nilainya mendekati nol .

Karena permukaan hitam mempunyai emisivitas tinggi, maka sifat ini dimanfaatkan pada alat pemanas air yang dipasang pada atap rumah.

Bertiupnya |angin laut dan angin darat, berhubungan dengan pengaruh nilai emisivitas permukaan laut dan daratan yang berbeda. Emisivitas daratan lebih besar dari emisivitas laut sehingga daratan cepat panas disiang hari dan cepat dingin dimalam hari, Semen tara lautan adalah sebaliknya, lambat panas siang hari dan lambat dingin di malam hari .