Bab VI Suhu Pemuaian Dan Kalor

Bab VI Suhu Pemuaian Dan Kalor

  December 12, 2018    Andre

---

Suhu Pemuaian Dan Kalor

A. Termometer dan Pengukuran Suhu

Pengertian Termometer

Termometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur suhu(temperatur), ataupun perubahan suhu. Istilah termometer berasal dari bahasa Latinthermo yang berarti bahang dan meter yang berarti untuk mengukur. Prinsip kerja termometer ada bermacam-macam, yang paling umum digunakan adalah termometerair raksa.

                                                    

Gambar 2.1 : Termometer

Termometer pertama sekali digagaskan oleh Galileo dengan menggunakan pemuaian gas. Tetapi termometer yang pertama sekali dikenal adalah termometer yang dibuat oleh Academi Del Cimento (1657-1667) di Florence. Termometer yang dikenal ini terdiri dari tabung kaca dengan ruang ditengahnya yang diisi air raksa atau alkohol yang diberi merah. (http;//en.wikipedia.org/wiki/thermometer).

                    Selain termometer raksa, berdasarkan perkembangan zaman, saat ini terdapat banyak jenis termometer, tetapi prinsip kerja sebenarnya sama. Bisanya, kita memanfaatkan materi yang bersifat termometrik ( sifat materi yang berubah terhadap temperatur ). Maksudnya, apabila suhu materi tersebut berubah, bentuk dan ukuran materi tersebut juga akan berubah. Kebanyakan termometer menggunakan materi yang bisa memuai ketika suhunya berubah.

2.2    Jenis-jenis Termometer

1.         Termometer menurut isinya dibagi menjadi :

a.)        Termometer Raksa dan Alkohol

               Termometer yang sering digunakan saat  ini terdiri dari tabung kaca, dimana terdapat alkohol atau air raksa pada bagian tengah tabung. Ketika suhu meningkat, alkohol atau air raksa yang berada didalam wadah akan memuai sehingga panjang kolom alkohol atau air raksa akan bertambah. Sebaliknya, ketika suhu menurun panjang kolom alkohol atau air raksa akan berkurang. Pada bagian luar tabung kaca terdapat angka-angka yang merupakan skala termometer tersebut. Angka yang ditunjukkan oleh ujung kolom alkohol atau air raksa merupakan nilai suhu yang diukur.

                  Jenis khusus termometer air raksa, disebut termometer maksimum, bekerja dengan adanya katup pada leher tabung dekat bohlam. saat suhu naik, air raksa didorong keatas melalui katup oleh gaya pemuaian. Saat suhu turun air raksa tertahan pada katup dan tidak dapat kembali ke bohlam dan membuat air raksa tetap didalam tabung. Air raksa akan membeku pada suhu -38,83 ⁰C (-37,89 ⁰F) dan hanya dapat digunakan pada suhu diatasnya. Untuk menghindarinya, termometer air raksa sebaiknya dimasukkan kedalam tempat yang hangat saat temperatur dibawah -37⁰C (-34,6⁰F). termometer ini mempunyai titik beku pada -61,1⁰C (-78 ⁰F). Marthen Kanginan (2002:219)

       Pada tabel dibawah ini dapat dilihat beberapa keuntungan dan kerugian termometer :

Jenis        termometer	Keuntungan	Kerugian
Air Raksa	·         Raksa mudah dilihat karena mengkilap ·  Volume raksa berubah secara teratur ketika terjadi perubahan suhu. ·  Raksa tidak membasahi kaca ketika memuai atau menyusut. ·    Jangkauan suhu raksa cukup lebar dan sesuai untuk pekerjaan laboratorium. ·  Raksa dapat terpanasi secara merata sehingga menunjukkan suhu cepat dan tepat.	·         Raksa mahal ·          Raksa tidak dapat digunakan utuk mengukur suhu yang sangat rendah. ·         Raksa termasuk zat berbahaya sehingga termometer raksa berbahaya jika tabungnya pecah.
Alkohol	·     Alkohol lebih murah dibandingkan raksa. ·   Alkohol teliti karena untuk kenaikan  suhu yang kecil, alkohol mengalami perubahan volume yang besar. ·  Alkohol dapat  mengukur suhu yang sangat dingin (suhu daerah kutub). Karena titik beku alkohol sangat rendah yaitu -1120C.	·         Alkohol memiliki titik didih rendah yaitu 780C, sehingga pemakaiannya terbatas (antara lain tidak dapat mengukur suhu air ketika mendidih) ·          Alkohol tidak berwarna, sehingga harus diberi warna terlebih dahulu agar mudah dilihat. ·         Alkohol membasahi (melekat) pada dinding kaca.

2.         Termometer berdasarkan penggunaannya :

a).       Termometer Klinis

Termometer ini khusus digunakan untuk mendiaknosa penyakit dan bisanya diisi dengan raksa atau alkhohol. Termometer ini mempunyai lekukan sempit diatas wadahnya yang berfungsi untuk menjaga supaya suhu yang ditunjukkan setelah pengukuran tidak berubah setelah termometer diangkat dari badan pasien. Skala pada termometer ini antara 35°C sampai 42°C.

                

Gambar 2.2 : Termometer Klinis

b).       Termometer Laboratorium

Termometer ini menggunakan cairan raksa atau alkhohol. Jika cairan bertambah panas maka raksa atau alkhohol akan memuai sehingga skala nya bertambah. Agar termometer sensitif terhadap suhu maka ukuran pipa harus dibuat kecil (pipa kapiler) dan agar peka terhadap perubahan suhu maka dinding termometer (reservoir) dibuat setipis mungkin dan bila memungkinkan dibuat dari bahan yang konduktor.

                                                

Gambar 2.3 : Termometer Laboratorium

  

c).       Termometer Ruangan

Termometer ini berfungsi untuk mengukur suhu pada sebuah ruangan. Pada dasarnya termometer ini sama dengan termometer yang lain hanya saja skalanya yang berbeda. Skala termometer ini antara -50°C sampai 50°C .

                                                        

Gambar 2.4 : Termometer Ruangan

d).       Termometer Digital

Karena perkembangan teknologi maka diciptakanlah termometer digital yang prinsip kerjanya sama dengan termometer yang lainnya yaitu pemuaian. Pada termometer digital menggunakan logam sebagai sensor suhunya yang kemudian memuai dan pemuaiannya ini diterjemahkan oleh rangkaian elektronik dan ditampilkan dalam bentuk angka yang langsung bisa dibaca.

                                                    

Gambar 2.5 : Termometer Digital

e).       Termometer Bimetal

Merupakan termometer yang menggunakan bahan bimetal sebagai alat pokoknya. Ketika terkena panas maka bimetal akan bengkok ke arah yang koefesiennya lebih kecil. Pemuaian ini kemudian dihubungkan dengan jarum dan menunjukkan angka tertentu. Angka yang ditunjukkan jarum ini menunjukkan suhu benda.

                                                 

Gambar 2.6 : Termometer Bimetal

2.3    Skala Termometer

                   Agar  termometer bisa digunakan untuk mengukur suhu maka perlu ditetapkan skala suhu. Terdapat dua skala suhu yang sering digunakan, antara lain skala celcius dan skala Fahrenheit. Skala yang paling banyak digunakan saat ini adalah skala celcius. Skala fahreheit paling banyak digunakan di Amerika Serikat, skala suhu yang cukup penting dalam bidang sains adalah skala mutlak atau kelvin. Halliday Resnick (1978:705)

                   Titik tetap celsius dan skala fahrenhait menggunakan titik beku dan titik didih air. Titik beku suatu zat merupakan temperatur  dimana wujud padat dan wujud cair berada dalam keseimbangan (tidak ada perubahan zat). Sebaliknya,titik didih suatu zat merupakan temperatur dimana wujud zat cair dan gas berada dalam keseimbangan. Perlu diketahui bahwa titik beku dan titik didih selalu berubah terhadap tekanan udara, karena itu, tekanan perlu kita tetapkan terlebih dahulu. Biasanya digunakan tekanan standar, yaitu 1 atm. Yusrizal (2009:151).

B. Pemuaian Benda

Pemuaian panas adalah perubahan suatu benda yang bisa menjadi bertambah panjang, lebar, luas, atau berubah volumenya karena terkena panas (kalor). Singkatnya, pemuaian panas adalah perubahan benda yang terjadi karena panas. Pemuaian tiap-tiap benda akan berbeda, tergantung pada suhu di sekitar dan koefisien muai atau daya muai dari benda tersebut. Perubahan panjang akibat panas ini, sebagai contoh, akan mengikuti:

${\displaystyle {\frac {}{}}L_{t}=L_{0}(1+\alpha *\Delta t)}$

di mana

${\displaystyle {\frac {}{}}L_{t}}$ adalah panjang pada suhu t,

${\displaystyle {\frac {}{}}L_{0}}$ adalah panjang pada suhu awal,

${\displaystyle {\frac {}{}}\alpha }$ adalah koefisien muai panjang / kofisien muai linier, dan

${\displaystyle {\frac {}{}}\Delta t}$ adalah besarnya perubahan suhu.

Suatu benda akan mengalami muai panjang apabila benda itu hanya memiliki (dominan dengan) ukuran panjangnya saja. Muai luas terjadi pada benda apabila benda itu memiliki ukuran panjang & lebar, sedangkan muai volum terjadi apabila benda itu memiliki ukuran panjang, lebar, & tinggi.

${\displaystyle {\frac {}{}}A_{t}=A_{0}(1+\beta *\Delta t)}$

di mana

${\displaystyle {\frac {}{}}A_{t}}$ adalah luas (Area) pada suhu t,

${\displaystyle {\frac {}{}}A_{0}}$ adalah luas pada suhu awal,

${\displaystyle {\frac {}{}}\beta }$ ( 2 kali ${\displaystyle {\frac {}{}}\alpha }$ ) adalah koefisien muai luas, dan

${\displaystyle {\frac {}{}}\Delta t}$ adalah besarnya perubahan suhu.

Dan untuk perubahan volum:

${\displaystyle {\frac {}{}}V_{t}=V_{0}(1+\gamma *\Delta t)}$

di mana

${\displaystyle {\frac {}{}}V_{t}}$ adalah volum pada suhu t,

${\displaystyle {\frac {}{}}V_{0}}$ adalah volum pada suhu awal,

${\displaystyle {\frac {}{}}\gamma }$ ( 3 kali ${\displaystyle {\frac {}{}}\alpha }$ ) adalah koefisien muai volum, dan

${\displaystyle {\frac {}{}}\Delta t}$ adalah besarnya perubahan suhu.

C.  Kalor

Kalor merupakan panas yang bisa berpindah dari benda yang memiliki kelebihan kalor menuju benda yang kekurangan kalor. Kalor biasanya dinyatakan dalam suhu. Dalam satuan internasional, kalor dinyatakan dengan Joule. Satuan lainnya dinyatakan dengan kalori. Nah, kamu juga perlu tahu pernyataan ini:

1 kalori didefinisikan sebagai banyaknya kalor yang diperlukan untuk memanaskan sebanyak 1 kg air sebesar 1⁰C.

1 kalori = 4.2 joule dan 1 joule = 0.24 kalori

• Kalor Jenis

RG Squad sudah pernah mendengar istilah kalor jenis, kan? Kalor jenis adalah banyaknya kalor yang diserap atau diperlukan oleh 1 gram zat untuk menaikkan suhu sebesar 1⁰C. Kalor jenis juga diartikan sebagai kemampuan suatu benda untuk melepas atau menerima kalor. Masing-masing benda mempunyai kalor jenis yang berbeda-beda, lho. Satuan kalor jenis ialah J/kg⁰C.

(Sumber: atmosfera.emisorasunidas.com)

• Kapasitas Kalor

Kapasitas kalor adalah jumlah kalor yang diserap oleh benda bermassa tertentu untuk menaikkan suhu sebesar 1⁰C. Satuan kapasitas kalor dalam sistem international ialah J/K.

Tahukah Kamu?

Kalorimeter adalah alat yang digunakan untuk menentukan kalor jenis suatu zat.

Perpindahan kalor juga bisa dihitung besarannya, lho. RG Squad bisa menggunakan rumus di bawah ini.

Q = m.c.ΔT

Keterangan:

• Q   : banyaknya kalor yang diterima atau dilepas oleh suatu benda (J)
• m   : massa benda yang menerima atau melepas kalor (kg)
• c    : kalor jenis zat (J/kg⁰C)
• ΔT : perubahan suhu (⁰C)

• Rumus Kalor Jenis: c = Q / m.ΔT

Keterangan:

• c = kalor jenis zat (J/kg⁰C)
• Q = banyaknya kalor yang dilepas atau diterima oleh suatu benda (Joule)
• m = massa benda yang menerima atau melepas kalor (kg)
• ΔT = perubahan suhu (⁰C)

• Rumus Kapasitas Kalor: C = Q / ΔT

Keterangan:

• C = kapasitas kalor (J/K)
• Q = banyaknya kalor (J)
• ΔT = perubahan suhu (K)

Selain itu, ada rumus lain untuk menentukan kapasitas kalor itu sendiri, yaitu: C = m. c

Keterangan:

• C = kapasitas kalor (J/K)
• m = massa benda yang menerima atau melepas kalor (kg)
• c = kalor jenis zat (J/kg.K)

• Baca juga: Memahami Hukum Kekekalan Energi

D. Perpindahan Kalor

Panas atau kalor adalah energi yang berpindah dari suhu yang tinggi ke suhu yang rendah.Kalor tersebut memiliki satuan internasional (SI), yaitu joule.

 Macam-macam Perpindahan Kalor (Sumber: heatenergy-hotspot.weebly.com)

Benda-benda di sekitar kita ada yang bisa menghantarkan panas dan tidak bisa menghantarkan panas. Benda yang bisa menghantarkan panas disebut dengan konduktor. Contoh benda konduktor ialah tembaga, besi, air, timah, dan alumunium.

Sementara itu, benda yang tidak bisa menghantarkan panas disebut isolator. Contoh benda isolator ialah plastik, kain, kayu, karet, kertas, ban, dan lainnya. Nah, sekarang kamu tidak perlu heran lagi saat melihat Ibu mengangkat panci dengan kain di tangannya karena kain termasuk benda isolator.

Perpindahan Kalor Secara Konduksi Konveksi dan Radiasi

1) Konduksi

Konduksi adalah perpindahan panas melalui zat padat yang tidak ikut mengalami perpindahan. Artinya, perpindahan kalor pada suatu zat tersebut tidak disertai dengan perpindahan partikel-partikelnya.

Contoh:

• Benda yang terbuat dari logam akan terasa hangat atau panas jika ujung benda dipanaskan, misalnya ketika memegang kembang api yang sedang dibakar.

• Knalpot motor menjadi panas saat mesin dihidupkan.

• Tutup panci menjadi panas saat dipakai untuk menutup rebusan air.

• Mentega yang dipanaskan di wajan menjadi meleleh karena panas.

 Contoh Konduksi

2) Konveksi

Konveksi adalah perpindahan panas melalui aliran yang zat perantaranya ikut berpindah. Jika partikel berpindah dan mengakibatkan kalor merambat, terjadilah konveksi. Konveksi terjadi pada zat cair dan gas (udara/angin).

Contoh:

• Gerakan naik dan turun air ketika dipanaskan.

• Gerakan naik dan turun kacang hijau, kedelai dan lainnya ketika dipanaskan.

• Terjadinya angin darat dan angin laut.

• Gerakan balon udara.

• Asap cerobong pabrik yang membumbung tinggi.

 Contoh konveksi 

3) Radiasi

Perpindahan kalor tanpa zat perantara merupakan radiasi. Radiasi adalah perpindahan panas tanpa zat perantara. Radiasi biasanya disertai cahaya.

Contoh radiasi:

• Panas matahari sampai ke bumi walau melalui ruang hampa.

• Tubuh terasa hangat ketika berada di dekat sumber api.

• Menetaskan telur unggas dengan lampu.

• Pakaian menjadi kering ketika dijemur di bawah terik matahari.

 Contoh radiasi