Pengertian Suhu
ejak kecil kamu pasti telah merasakan rasa dingin, sejuk, hangat, dan panas. Suhu udara pantai tentu lebih panas dari pada daerah pegunungan. Manusia dapat merasakan dingin dan panas, karena memiliki syaraf peraba.
Tingkat ketelitian syaraf peraba pada manusia untuk menentukan panas, dingin, sejuk, dan sebagainya masih kurang. Karena banyak hal yang mempengaruhi termasuk perasaan. Oleh karena itu, harus dicari suatu cara yang menjamin kecepatan dan ketepatan, pengukuran derajat panas suatu benda. Pernahkah kamu menggunakan termometer? Bagaimakah prinsip kerja dan penentuan skala?
1. Suhu dan Derajat Panas Suatu Benda
Derajat panas suatu benda disebut suhu atau temperatur. Benda yang terasa dingin dikatakan mempunyai suhu lebih rendah dari pada yang panas.Kita dapat menyatakan mana yang suhunya lebih tinggi dan rendah.Akan tetapi hal ini tidak selalu demikian, cobalah kamu lakukan percobaan dibawah ini.
Percobaan 1
a. Sediakan tiga ember.Kemudian tandai masing-masing ember tersebut misalnya ember A,B,dan C (lihat gambar).
b. Isilah ember A dengan air hangat,ember B dengan air sejuk,sedangkan ember C dengan air dingin yang dicampur dengan es.
c. Masukkan tangan kirimu ke dalam ember A, dan biarkan untuk beberapa saat lamanya. Kemudian, angkat dan cepat masukkan ke dalam ember B. Apa yang dapat kamu rasakan? Sekarang, masukkan tangan kananmu ke dalam ember C. Seperti percobaan sebelumnya, biarkan untuk beberapa saat lamanya kemudian, angkat tanganmu masukkan ke dalam ember B.Apa yang kamu rasakan? Sekarang, masukkan tangan kirimu ke dalam ember A dan tangan kananmu ke ember C. Biarkan kedua tanganmu itu dalam ember untuk beberapa lama. Setelah itu, dengan cepat masukkan kedua tanganmu dalam ember untuk beberapa lama. Setelah itu dengan cepat masukkan kedua tanganmu kedalam ember B. Apa yang dirasakan kedua tanganmu?
Berdasarkan percobaan di atas, dapat disimpulkan bahwa C Mengapa kita berani menyimpulkan demikian? Tangan yang direndam di dalam air hangat dapat merasakan bahwa air yang sejuk itu terasa dingin, sedangkan tangan yang direndam di dalam air dingin merasakannya bahwa air sejuk itu hangat. Selain itu, tangan kita tidak dapat menyentuh benda-benda yang terlalu panas dan terlalu dingin. Benda-benda yang terlalu panas dapat menghanguskan kulit kita, sedangkan yang terlalu dingin menyebabkan rusaknya jaringan tubuh. Oleh karena itu, agar dapat mengukur suhu rendah ataupun tinggi, kita harus mencari cara yang lebih cermat. Sebaiknya, gunakan benda-benda mati yang jika dipanaskan atau didinginkan, akan mengalami perubahan. Beberapa jenis perubahan itu misalnya :
a. Perubahan kimia contohnya kayu dipanaskan dapat berubah menjadi arang.
b. Perubahan wujud, contohnya benda padat dipanaskan menjadi cair atau menguap, benda cair kalau dipanaskan menjadi uap.
c. Perubahan volume, pada umumnya, volume benda akan bertambah jika dipanaskan (hal ini akan kita tinjau lebih jauh kemudian).
d. Perubahan daya hanlar listrik. Pada umumnya, daya hantar listrik akan berkurang jika dipanaskan.
e. Perubahan warna, contohnya besi. Jika dipanaskan, warna besi berubah menjadi merah pijar, kemudian menjadi putih pijar.
Beberapa perubahan di atas, digunakan untuk mengukur suhu. Perubahan di atas, digunakan untuk mengukur suhu. Perubahan- perubahan yang biasa digunakan untuk mengukur suhu ialah perubahan volume, daya hantar listrik, dan warna benda yang pijar.
Volume merupakan perubahan yang paling banyak dipakai untuk mengukur suhu dibandingkan perubahan-perubahan lainnya. Agar lebih jelas, perhatikan percobaan dibawah ini!
Percobaan 2
a. Sediakan sebuah labu didih dengan sumbu karet berlubang satu atau labu yang terbuat dan bola lampu bekas yang besar. Kemudian, pasang sebuah pipa kaca pada lobang karet itu.
b. Isilah olehmu labu tersebut dengan air sehingga jika sumbat karet itu dipasang rapat-rapat, permukaan air akan berada di atas sumbat karet itu.
c. Tandailah letak permukaan air itu dengan sehelai benang, kemudian masukkan labu itu kedalam sebuah bejana yang berisi air hangat.
Perhatikanlah permukaan air dalam pipa. Apa yang kamu lihat? Simpulan apa yang dapat kamu ambil mengenai volume air yang dipanaskan itu? Sekarang, masukkan labu itu ke dalam bejana berisi air yang lebih panas.Cobalah kamu perhatikan permukaan air di dalam pipa. Bagaimanakah menurutmu? Sekarang bagaimana letak permukaan air tadi jika dibandingkan dengan yang dimasukkan ke dalam air hangat? Menurutmu, apa yang akan terjadi jika air dalam bejana dibuat lebih panas lagi?
Percobaan di atas membuktikan bahwa, semakin panas memuainya, maka volume air tersebut akan semakin besar. Percobaan-percobaan dengan zat cair lainnya memperlihatkan, bahwa zat cair pada umumnya memuai jika dipanaskan. Semakin panas, memuainya semakin besar, dan semakin tinggi suhunya semakin tinggi pula memuainya.Oleh karena itu, pemuain zat cair dapat digunakan sebagai ukuran suhu suatu benda atau zat cair.
Untuk dapat mengetahui sifat pemuaian dapat menggunakan air raksa. Kelebihan air raksa dibandingkan dengan zat cair lainnya antara lain:
a. Cepat mengambil panas dari benda yang hendak diukur suhunya, sehingga suhunya sama dengan suhu benda yang diukur.
b. Dapat digunakan untuk mengukur suhu dari yang rendah sampai tinggi. Selain itu daerah ukurannya besar dan dapat membeku pada suhu yang rendah, serta mendidih pada suhu yang tinggi.
c. Tidak membasahi dinding tempatnya, sehingga tidak ada air raksa yang melekat pada dinding itu. Dengan demikian, pengukuran menjadi lebih besar ketelitiannya, terutama untuk mengukur suhu yang berubah-ubah dengan cepat
d. Pemuaiannya teratur.
Sebenarnya, selain air raksa ada zat lain yang dapat digunakan dan sifatnya lebih baik, yakni alkohol. Kelebihan alkohol yaitu dapat mengukur dan membeku pada suhu yang lebih rendah daripada air raksa,bahkan dari suhu didih air sekalipun. Oleh karena itu, alkohol hanya digunakan untuk mengukur suhu-suhu yang rendah.
2. Termometer Untuk Mengukur Suhu Zat
Termometer adalah alat untuk mengukur tinggi rendahnya suhu. Dasar alat ini ditemukan pertama kali oleh Galileo Galilei (1564-1642). Pembuatan termometer itu pertama kali didasarkan pada perubahan volume zat yang bukan zat cair, melainkan udara.
Termometer mula-mula dibuat oleh Galileo. Termometer memerlukan dua patokan suhu yang tetap, mudah diadakan, kapan, dan dimana saja. Suhu air biasa (air sejuk) tidak dapat digunakan untuk dibuat patokan suhu, karena suhu air ini bergantung kepada suhu udara. Suhu udara di daerah tropik dan di kutub, juga tidak dapat dipakai sebagai patokan, karena suhu udaranya tidak tetap.
Suhu dapat dikatakan tetap, pada waktu benda mengalami perubahan wujud, misalnya dari padat menjadi cair, dan cair menjadi uap. Selain Galileo, orang yang tertarik meneliti termometer adalah Gabriel D Fahrenheit (1686-1738), yakni pembuat alat-alat fisika berkebangsaan Jerman. Percobaan Gabriele itu setingkat labih maju dibandingkan Galileo, karena termometer yang ditemukannya merupakan termometer zat cair Gabriele menggunakan campuran es dan garam sebagai patokan bawah atau disebut juga titik tetap. Suhu campuran es dengan garam ini disebutnya sebagai 0°, sedangkan titik tetap atas digunakan dengan suhu badan manusia yang sehat. Suhu badan manusia yang sehat disebutnya 96°. Titik-titik tetap yang dipilihnya itu sebenamya kurang memenuhi syarat yang disebutkan di atas, karena badan manusia yang sehat suhunya tidak tetap benar. Demikian juga suhu es yang dicampur dengan garam.
Ilmuan lain yang juga meneliti termometer adalah Anders Fahrenheit (1701 -1744) dari Swedia. Ia menggunakan es yang sedang mencair sebagai titik tetap bawah, dan air yang sedang mendidih pada tekanan 76° Hg sebagai titik tetap. Es yang mencair disebut sebagai suhu 0°. Air yang sedang mendidih pada tekanan 76 cm Hg disebut bersuhu 100°. Menggunakan patokan ini memenuhi syarat yang disebut di atas, yaitu tetap dan mudah diadakan kembali setiap waktu dan dimana saja.
a. Membuat Termometer Sederhana Berskala
Untuk menambah wawasanmu, kamu dapat membuat termometer sederhana. Caranya adalah sebagai berikut.
1) Sediakan sebuah bola lampu bekas yang telah dihilangkan filamen kawatnya.
2) Sumbatlah bola lampu itu dengan sumbat karet berlubang satu.
3) Melalui lubang sumbat itu, masukkan sebuah pipa (lihat gambar). Pipa kaca itu, usahakan ukuran besarnya cukup sehingga dapat masuk rapat-rapat kedalam lubang sumbat tersebut.
4) Hangatkan bola lampu itu sebentar, lalu celupkan kedalam sebuah botol tinta yang diisi air.
5) Setelah bola mendingin, permukaan air hendaknya berada ditengah-tengah, artinya antara bola dan botol tinta.
6) Kemudian, pasang alat itu pada sebuah penumpu agar mudah untuk diamati. Jika udara menjadi lebih panas, maka udara dalam bola lampu akan memuai dan tinggi kolom air dalam pipa akan berkurang. Jika udara menjadi lebih dingin, maka udara dalam botol akan mengerut sehingga tinggi kolom air dalam pipa akan bertambah.
7) Terakhir, buatlah skala termometer ini dengan menggunakan termometer air raksa atau termometer alkohol.
b. Membandingkan Skala Termometer Celcius Dengan Skala Termometer Yang Lain
Kamu tadi telah mengenal dua cara menetapkan patokan suhu, yaitu cara Fahrenheit dan Celcius. Satuan suhu yang ditetapkan berdasarkan cara Fahrenheit disebut derajat Fahrenheit atau °F, sedangkan yang menurut cara Celcius disebut derajat Celcius atau °C. Hasil temuan para ilmuan tersebut sangat banyak manfaatnya bagi dunia Internasional, termasuk Indonesia. Indonesia menggunaka skala Celcius, sedangkan negara-negara Amerika dan Eropa skala Fahrenheit. Akan tetapi, untuk satuan tertentu dalam penelitian, kadang-kadang juga menggunakan satuan derajat Celcius. Agar lebih jelas mengenai penggunaan celcius itu, perhatikan percobaan di bawah ini.
Percobaan 3
1). Perhatikan bagaimana cara membubuhkan skala menurut Celcius. Termometer yang belum diberi skala celupkan kedalam es yang mencair, yaitu campuran pecahan es kecil-kecil dengan air sedikit.
2). Biarkan termometer itu beberapa lamanya sehingga letak permukaan air raksa didalam.
3). Kemudian, letak permukaan itu beri tanda berbentuk goresan pada batang termometer. Goresan ini diberi angka nol, lalu masukkan kedalam suatu benda, dan air raksa naik sampai kegoresan itu maka dikatakan bahwa suhu benda itu 0°C. Goresan ini menetapkan titik tetap yang disebut titik tetap bawah.
4). Masukkan termometer ke dalam uap air dari air yang sedang mendidih pada tekanan 1 atmosfer (lihat gambar)
5) Permukaan air raksa dalam pipa akan naik sampai suatu kedudukan tertentu. Letak permukaan itu, tandai pula dengan sebuah goresan angka 100. Artinya jika termometer ini dimasukkan kedalam suatu benda dan air raksa naik sampai digoresan itu, maka suhu benda tersebut 100°C. Goresan ini menetapkan titik yang disebut titik tetap atas.
6). Jarak antara titik tetap bawah dan titik tetap (AB dalam gambar dibawah tadi), dibagi menjadi 100 bagian yang sama dan diberi angka 0 sampai 100. Tiap bagian menyatakan perbedaan suhu 1°C. Di atas angka 100, pembagian skala ini dapat diteruskan dengan panjang skala yang sama untuk tiap derajat kenaikan suhu.Pembagian skala ini diteruskan, misalnya sampai 120°C. Di bawah garis nol, pembagian skala ini juga diteruskan dengan panjang skala yang sama untuk tiap derajat turunnya suhu, misalnya sampai angka 20°, dan suhu dibawah 0° diberi tanda negatif.
Jika termometer itu kita celupkan kedalam suatu benda cair, air raksa misalnya, naik sampai 78, maka suhu benda cair itu dikatakan 78°C. Jika air raksa turun, misalnya sampai angka 3 dibawah nol, maka dikatakan suhu benda itu -3°C. Demikianlah cara pengukuran skala, baik menurut Celcius maupun Fahrenheit. Akan tetapi, antara Fahrenheit dan Celcius ada perbedaan yakni Fahrenheit menggunakan es dicampur garam sebagai titik tetap bawah dan suhu badan manusia sebagai titik tetap atas. Pembubuhan skala menurut cara yang modern dilakukan dengan menggunakan es mencair dari air mendidih pada tekanan 1 atmosfer. Percobaan-percobaan di atas membuktikan, bahwa es yang sadang mencair dan uap air yang sedang mendidih pada tekanan 1 atmosfer, mempunyai suhu 212 menurut skala Fahrenheit. Jadi, dari es mencair sampai suhu air yang sedang mendidih, terdapat perbedaan suhu sebesar (212 - 32) = 180 °C menurut skala fahrenheit, atau disingkat 180 °F. Sedangkan menurut skala Celcius, perbedaan itu besarnya 100 °C.
Dengan demikian, perbedaan suhunya 1 °C sama dengan perbedaan suhu sebesar 180°C/100°F= 9/5 °F. Sebaliknya, perbedaan suhu 1 °F sama dengan perbedaan suhu sebesar 100/180 F = 5/9 °C . Agar lebih mematangkan wawasanmu, cobalah latihan dibawah ini.
1). Perbedaan suhu sebesar t°C = perbedaan suhu ... °F
2). Perbedaan suhu sebesar t°F = perbedaan suhu.... °C
Perbedaan antara cara pembubuhan skala menurut Celcius dengan cara pembubuhan skala menurut Fahrenheit dapat kamu perhatikan pada gambar 1.6.
Misalnya, ada dua buah termometer yang sama besarnya, yaitu C dan F. Bila C dan F bersama-sama dimasukkan kedalam es yang sedang mencair, maka tinggi permukaan air raksa pada kedua termometer itu ternyata sama. Pada gambar di atas, tanda tinggi permukaan ini dinyatakan oleh titik Pdan Q. Menurut celcius, P atau Q menunjukkan suhu 0°C, sedangkan menurut Fahrenheit Q atau P menunjukkan suhu 32°C. Dengan demikian, 0°C = 32°F. Jika termometer Celcius menunjukkan t°, berarti suhunya adalah t°C di atas titik P (yaitu 0°C) atau di atas titik Q (yaitu 32°F). Jadi, t°C sama dengan . Perhatikan kembali gambar di atas, kita akan memperoleh hubungan antara suhu menurut skala Celcius dengan skala Fahrenheit. Hubungan itu dapat ditulis t°C =. Hitunglah soal sederhana dibawah ini tanpa menggunakan rumus:
50°C =......... oF 50oF =....... oC
14°C =........ °F 22°F =........ oC
Biasanya, termometer air raksa lebih banyak digunakan untuk percobaan di laboratorium. Sedangkan alkohol sebagai zat cair dalam termometer, terutama digunakan untuk termometer yang murah. Supaya dapat dilihat dengan jelas, alkohol yang digunakan biasanya diberi warna. Mengapa demikian? Karena alkohol mempunyai kelemahan, yakni mendidihnya pada suhu 78°C dan membeku pada suhu - 144,9°C, selain itu, memuainya kurang teratur. Jadi, termometer alkohol hanya dapat digunakan untuk mengukur suhu yang lebih rendah.
c. Skala Suhu Termodinamik
Bila kita gunakan berbagai jenis termometer untuk mengukur suhu suatu benda, maka hasilnya akan berbeda-beda. Misalnya, termometer air raksa akan menunjukkan suhu yang berbeda dengan suhu yang ditunjukkan oleh termometer gas. Seharusnya semua termometer menunjukkan, suhu yang sama untuk benda yang sama. Akan tetapi, karena perubahan-perubahan berbagai sifat yang digunakan itu tidak seirama satu sama lain, maka pada umumnya penunjukkan suhu masing-masing jenis termometer itupun berbeda-beda hanya pada titik-titik yang tetap, semua termometer menunjukkan suhu yang sama, sebab titik-titik tetap ini menjadi patokan bagi semuanya.
Pada pertengahan abad ke 19, Sir William Kelvin (1824-1907), ahli ilmu fisika Inggris berhasil meletakkan dasar yang kuat bagi ilmu mengukur suhu. la menciptakan suatu skala yang boleh dikatakan tidak bergantung dari jenis sifat zat yang digunakan. Skala suhu yang diciptakannya disebut skala termodinamik. Termometer gas biasanya banyak ditemukan dipabrik-pabrik. Termometer gas itu akan mendekati skala suhu menurut Kelvin. Suhu dalam skala termodinamik ini tidak dinyatakan dalam derajat, tetapi dalam satuan Kelvin (bukan derajat kelvin).
Skala suhu Kelvin ditetapkan sama dengan skala Celcius. Hanya titik nolnya yang berbeda. Es yang mencair menurut skala ini mempunyai nilai 273, sedangkan suhu uap air mendidih pada tekanan 1 atmosfer menjadi 373. Jadi, selang suhu antara es yang mencair dan air mendidih sama dengan 100 Kelvin, sama dengan selang suhu yang dinyatakan dalam derajat Celcius. 0°C adalah suhu K di atas suhu es mencair, atau suhu sebesar (273 + 0) K. Jadi, 0°C = (273 + 0) K. Perlu kamu ketahui, selang suhu yang dinyatakan dalam °C atau K mempunyai nilai yang sama. Misalnya, suhu benda naik dari 27°C menjadi 35°C, mengalami kenaikan sebesar 8°C. Bila dinyatakan dalam K akan didapat, bahwa suhu mula-mula itu (273 + 27) = 300 K. Kenaikan suhu 8 K. Didalam sistem Intemasional, skala suhu termodinamika inilah yang dipilih sebagai satuan untuk suhu. Kebanyakan, alat-alat pengukur yang ada sekarang ini, masih dinyatakan dalam °C. Demikian pula hasil-hasil pengukurannya. Akan tetapi, selang suhu dan suhu akhi dinyatakan dalam K. Cobalah kamu diskusikan tentang termodinamik ini dengan teman-temanmu.
d. Termometer Khusus
Sebenarnya jenis-jenis termometer ini lebih spesifik lagi penggunaannya. Misalnya, ada termometer yang khusus digunakan untuk mengukur tinggi rendahnya keadaan cuaca dalam satu hari. Untuk keperluan tersebut, Six Bellani, fisikawan Perancis berhasil membuat termometer yang dapat mencatat suhu minimum (terendah) dan maksimum (tertinggi).Selama jangka waktu tertentu, Termometer itu dikenal dengan Termometer maksimum minimum Six Bellani. Bentuk Termometer itu seperti gambar di samping ini.
Zat cair di A dan A1 adalah alkohol. Alkohol di A dan A1 dipisahkan oleh sekolom air raksa. Ruang D diatas A1 berisi uap alkohol. 1 dan I1 adalah dua potong baja kecil yang dapat menggeser dengan mudah disepanjang pipa, tetapi ditahan oleh sebuah pegas kecil yang lemah. Pegas ini tidak dapat menahan dorongan air raksa terhadap baja kecil itu. Misalnya, pada suatu ketika suhu turun sampai 20 °C, maka alkohol di A mengerut air raksa di B naik sambil mendorong 1 sampai gads skala yang betanda 20 °.
Alkohol di A, sebetulnya juga mengerut, tetapi ruang D menjadi lebih besar. Jika suhu naik, maka alkohol di A memuai mendesak air raksa di B. Akan tetapi, 1 tidak dapat didesaknya sehingga tinggal digaris 20 tadi. Permukaan air raksa di B turun, permukaan air raksa di C naik sambil mendesak 1, keatas alkohol di A1 didesak oleh air raksa sehingga mengisi sebagian ruang D. Misalnya, suhu hari Senin mencapai 30 °, maka 1' akan naik sampai menunjukkan angka 30°. Jika suhu turun lagi, maka I’ tertinggal ditempatnya dan tetap menunjukkan 30°C. Dengan demikian I menunjukkan suhu maksimum, sedangkan I menunjukkan suhu minimum untuk hari Senin itu.
Untuk mengukur suhu badan diperlukan suatu termometer yang mempunyai daerah ukur yang sempit, yaitu antara 33°C sampai 42°C, dibagi-bagi dalam persepuluhan derajat suhu badan manusia tidak pernah lebih rendah dari 35°C dan tidak pernah lebih tinggi dari 42 °C. Di antara tempat air raksa dan pipa kapiler, pembuluh termometer itu dibuat lebih sempit, sehingga sukar dilalui air raksa. Air raksa yang sudah di atas lubang sempit ini tidak dapat turun dengan sendirinya seperti pada termometer lainnya. Untuk mengembalikan air raksa itu kedalam tempatnya, termometer itu harus dibebaskan, sehingga air raksa kembali ketempatnya. Jika termometer hendak digunakan untuk mengukur suhu badan, maka harus diperiksa apakah air raksa sudah menunjukkan suhu kurang dan 35°C. Jika belum termometer tersebut harus dibebaskan. Setelah itu, baru termometer tersebut digunakan untuk mengukur. Setelah 5 menit, air raksa akan menunjukkan suhu badan. Jika termometer dilepaskan dari badan, air raksa tetap menunjukkan suhu itu, sebab benang air raksa diatas pembuluh yang dipersempit tidak dapat kembali ketempatnya. Jadi, termometer dapat pula kita sebut termometer maksimum.
No comments:
Post a Comment