Suhu dan Perubahannya

1.      Suhu dan Termometer

Jawett dan Serway (2010:3) menyatakan bahwa menentukan panas dan dingin suatu benda yang kemudian disebut sebagai suhu atau temperatur secara kualitatif yaitu dengan menggunakan indera. Alat yang digunakan untuk mengukur suhu pada suatu sistem adalah termometer. Jenis-jenis termometer antara lain :

a.       Termometer laboratorium biasanya menggunakan zat cair raksa atau alkohol. Termometer ini biasanya ditemukan di laboratorium sekolah.

b.      Termometer klinis biasanya diperlukan sebagai keperluan pengobatan. Tujuan dari termometer klinis adalah agar tidak terjadi kesalahan dalam .

c.       Termometer ruang untuk menguur suhu ruangan. Skala termometer ruang terbatas hanya dari skala -50°C sampai dengan suhu 50°C.

2.      Skala Suhu

a.       Skala Celcius merupakan skala yang paling banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Skala ini ditetapkan oleh seorang ahli fisika berkebangsaan Swedia bernama Anders Celcius (1701 - 1744). Ia menetapkan titik beku air sama dengan 0 derajat sebagai titik tetap bahwa, dan titik didih air sama dengan 100 derajat sebagai titik tetap atas. Di antara jarak kedua titik tersebut dibagi menjadi 100 satuan derajat. Skala Celcius memiliki satuan derajat Celcius yang ditulis ⁰C.

b.      Skala Fahrenheit  ditetapkan oleh Gabriel Daniel Fahrenheit (1686 - 1736), seorang ilmuwan fisika berkebangsaan Jerman. Ia menetapkan titik beku air sama dengan 32⁰ dan titik didih air sama dengan 212⁰ . Di antara jarak kedua titik tetap tersebut dibagi menjadi 180 satuan derajat. Penulisan nilai suhu, misalnya 100 derajat fahrenheit, cukup ditulis 100 ⁰F.

c.       Skala Reamur adalah skala suhu yang dinamakan oleh Rene Antoine Ferchault de Reamur, yang pertama mengusulkannnya pada 1731. Titik beku air adalah 0 derajat Reamur, titik didih air 80 derajat.

d.      Skala Kelvin Lord Kelvin (1824 - 1907) adalah ilmuwan berkebangsaan Inggris yang menetapkan skala Kelvin. Hal tersebut didukung oleh teori kinetik partikel bahwa pada suhu nol mutlak, partikel-partikel semua zat praktis tidak bergerak. Suhu nol mutlak tersebut sama dengan -273,15 ⁰C, biasanya dibulatkan menjadi -273 ⁰C. Pada skala Kelvin, titik beku air adalah 273 K dan titik didihnya 373 K. Skala kelvin memiliki satuan Kelvin, ditulis ⁰K.

3.      Pemuaian

Pemuaian adalah bertambahnya ukuran suatu benda karena pengaruh perubahan suhu atau bertambahnya ukuran suatu benda karena menerima kalor. Pemuaian terjadi pada 3 zat yaitu :

a.       Pemuaian Zat Padat  merupakan peristiwa bertambah panjang, lebar, atau volume suatu benda padat karena pengaruh panas (kalor). Jenis Pemuaian Zat padat :

1)      Pemuaian Panjang adalh pertambahan panjang benda akibat pengaruh suhu (1 dimensi). Pemuaian panjang suatu benda dipengaruhi oleh panjang mula-mula benda, besar kenaikan suhu, dan tergantung dari jenis benda. Rumus pemuaian panjang adalah

Δx= Lo. α. ΔT

ΔX =besarnya pemuaian panjang
Lo = panjang mula-mula
α = konstanta pemuaian
ΔT = selisih suhu

2)      Pemuaian Luas Kemampuan suatu benda untuk mengalami pemuaian luas sangat ditentukan oleh koefisien muai luas dilambangkan dengan β, Dengan nilai β = 2α. Rumus Pemuaian Luas adalah

ΔA = Ao.β.ΔT
A = Ao + ΔA
A = A0 (1+β.ΔT)

Ao = Luas Sebelum dipanaskan
A = luas setelah pemanasan
ΔA = penambahan luas
β = koefisien muai luas
ΔT = selisih suhu (kenaikan suhu)

3)      Pemuaian volume sama juga dengan pertambahan atau pemuaian panjang secara 3 dimensi. Karena itu muai volume sama juga dengan tiga kali muai panjang. Pemuaian volume suatu zat tergantung pada koefisien muai volumenya γ (gamma) dimana γ = 3α

ΔV = Vo.γ.ΔT
V= Vo + ΔV
V=  Vo(1+γ.ΔT)

ΔV = penambahan volume
Vo = volume awal
ΔT = kenaikan suhu
γ = koefisien muai volume

b.      Pemuaian  zat cair pemuaian yang terjadi hanya pemuaian volume, tidak ada pemuaian panjang dan luas. Ini terkait dengan sifat dar zat cair sendiri yang bentuknya berubah-ubah sesuai dengan bentuk wadah yang ditempatinya.

ΔV = Vo.b.ΔT

b = koefisien muai volume zat cair (nilai b ini berbeda dengan γ atau   koefisien muai volume zat padat)

ΔV = penambahan volume yang terjadi

ΔT -mselisih suhu.

c.       Pemuaian Gas megalamai pemuaian layaknya pada pemuaian zat cair dan zat padat. Khusus untuk pemuaian zat ini agak berbeda dengan pemuaian zat padat dan pemuaian zat cair. Ada satu variabel yang sangat menentukan pemuaia zat gas yaitu tekanan.

1.      Pemuaian gas pada suhu tetap/ isotermis (hukum boyle):

P1.V1 = P2.V2      atau    P.V = konstan

V = volume gas pada suhu t ( m3 )

P = tekanan (N/m2  atau pa ) 

2.      Pemuaian gas pada tekanan tetap/ isobarik (hukum gay lussac)

V1 : T1 = V2 : T2      atau   V : T = konstan

V = volume gas pada suhu t ( m3 )

T = suhu mutlak (K)

3.      Pemuaian gas pada volume tetap/ isokorik (hukum tekanan):

P1 : T1 = P2 : T2      atau   P : T = konstan

P = tekanan (N/m2  atau pa ) 

T = suhu mutlak (K)