A. SUHU
1.
Pengertian
Suhu
Suhu adalah suatu
besaran yang menyatakan ukuran derajat panas atau dinginnya suatu benda. Untuk
mengetahui dengan pasti dingin atau panasnya suatu benda, kita memerlukian
suatu besaran yang dapat diukur dengan alat ukur. Sebagai contoh apa yang kamu
rasakan ketika kita minum es, dingin bukan, ketika kita merebus air, lama
kelamaan air yang kamu rebus akan menjadi panas bukan setelah itu bisakah kita
mengukur suhu? Bisakah tangan kita digunakan untuk mengukur panas atau
dinginnya suatu benda dengan tepat? Kita tentu memerlukan cara untuk membedakan
derajat panas atau dingin benda tersebut untuk itu kita perlu mengetahui cara
untuk mengukur suhu secara akurat.
2.
Alat
Pengukuran Suhu
Alat untuk
pengukur suhu disebut Termometer. Termometer pertama kali dibuat oleh Galileo
Galilei (1564-1642). Termemoter ini disebut termometer udara. Termometer udara
terdiriu dari sebuah bola kaca yang dilengkapi dengan sebatang pipa kaca yang
panjang , pipa tersebut dicelupkan kedalam cairan berwarna. Jika bola kaca
dipanaskan, udara didalam pipa akan mengembang
sehingga udara keluar dari pipa.
Namun ketika bola didinginkan udara didalam pipa menyusut sehingga sebagian air
naik kedalam pipa. Termometer udara peka terhadap perubahan suhu sehingga udara
saat itu segera dapat diketahui.
Termometer dibuat
berdasarkan prinsip perubahan volume. Thermometer yang tabungnya diisi dengan
raksa kita sebut thermometer raksa. Thermometer raksa dengan skala Celcius
adalah thermometer yang umum dijumpai dalam keseharian. Selain raksa terdapat
pula termometer alkohol. Adapun perbedaan atau kelemahan dan kelebihan dari
masing-masing thermometer yang dibuat dari Raksa atau alkohol adalah sebagai berikut:
a.
Keuntungan dan
kerugian menggunakan termometer raksa Keuntungan:
1)
Raksa mudah dilihat karna mengkilat.
2)
Volume raksa berubah secara teratur
ketika terjadi perubahan suhu.
3)
Raksa tidak membasahi kaca ketika
memuai atau menyusut.
4) Jangkauan
suhu raksa cukup lebar dan sesuai untuk pekerjaan-pekerjaan laboratorium (-40o
C sampai dengan 350o C)
5) raksa
dapat panas secara merata sehingga menunjukkan suhu dengan cepat dan tepat.
Kerugian
1)
raksa
mahal.
2)
Raksa tidak dapat digunakan untuk mengukur suhu yang sangat
rendah ( seperti dikutub utara dan selatan)
3) Raksa
termasuk zat berbahaya sehingga ketika pecah akan membahayakan kulit.
b.
Keuntungan dan
kerugian thermometer alkohol Keuntungan:
1)
Alcohol lebih murah disbanding Raksa
2) Alcohol
lebih teliti karena untuk kenaikan suhu yang kecil, alcohol mengalami perubahan
volume yang lebih besar.
3) Alcohol
dapat mengukur suhu yang sangat dingin (seperti didaerah kutub yaitu – 112o C)
Kerugian:
1)
Alcohol memiliki didih rendah yaitu
78oC, sehingga pemakainya terbatas.
2) Alcohol
tidak berwarna sehingga harus diberi warna terlebih dahulu agar terlihat.
3)
Alcohol membasahi dinding kaca.
Mengapa kita menggunakan cairan yang
jarang kita jumpai dikehidupan kita sehari-hari seperti raksa dan alcohol?
Mengapa kita tidak menggunakancairan yang sering kita jumpai seperti air? Air
tidak digunakan untuk mengisi pipa thermometer karena 5 alasan berikut:
1)
Air membasahi dinding kaca
2)
Air tidak berwarna sehingga sulit
dibaca batas ketinggiannya
3)
Jangkauan suhu terbatas (0oC sampai
100oC)
4) Perubahan
volume air sangat kecil ketika suhunya dinaikan.
5)
Hasil bacaan yang
didapat kurang teliti karna air termasuk penghantar panas yang sangat jelek.
3.
Macam-macam Termometer
Ada beberapa
thermometer yang kita kenal, yaitu thermometer laboratorium, thermometer ruang,
thermometer klinis, dan thermometer Six- Bellani.
a.
Termometer Laboratorium
Thermometer
laboratorium dapat dijumpai dilaboratorium. Alat ini biasanya digunakan untuk
mengukur suhu air dingin atau air yang sedang dipanaskan. Thermometer
laboratorium menggunakan raksa atau alcohol sebagai penunjuk suhu. Raksa
dimasukkan kedalam pipa yang sangat kecil (pipa kapiler). Kemudian pipa
dibungkus dengan kaca yang tipis. Tujuannya agar panas dapat diserap dengan
cepat oleh thermometer.
Suhu pada
thermometer laboratorium biasanya 0oC sampai 100oC. suhu 0oC menyatakan suhu es
yang sedang mencair, sedangkan suhu 100oC menyatakan suhu air sedang membeku.
b.
Termometer Ruang
Gambar Termometer Ruang
Thermometer ruang dipasang pada
tembok rumah atau kantor. Thermometer ini mengukur suhu udara pada suatu saat.
Skala thermometer ruang adalah -50oC sampai 50oC. mengapa menggunakan skala
seperti itu? Karena suhu udara dibeberapa tempat bisa dibawah 0oC misalnya di
Eropa. Sementara pada sisi lain suhu udara tidak pernah melebihi 50oC.
c.
Termometer Klinis
 |
Gambar Termometer Klinis
Thermometer klinis disebut juga thermometer demam.
Thermometer ini biasanya digunakan oleh dokter untuk mengukur suhu badan. Pada
keadaan sehat suhu tubuh kita sekitar 30oC namun pada keadaan demam suhu tubuh
kita melebihi suhu tersebut. Suhu tubuh kita pada saat demam dapat melebihi
40oC. skala suhu pada thermometer klinis hanya 35oC sampai 43oC. hal ini sesuai
dengan keadaan suhu tubuh kita. Suhu tubuh kita tidak mungkin dibawah 35oC dan
melebihi 45oC. thermometer klinis biasanya dijepit pada ketiak, tapi ada pula
yang
nempel didahi, dan ditempel dimulut. Ketika thermometer dijepit suhu tubuh kita
membuat raksa naik dipipa kapiler. Raksa akan berhenti bila suhu raksa sudah
sama dengan suhu tubuh kita dan kita tinggal membaca berapa suhu yang
ditunjukkan oleh raksa.
d.
Thermometer Six-Bellani
Thermometer Six-bellani disebut juga
thermometer maxsimum minimum. Thermometer ini dapat mencatat suhu tertinggi dan
terendah pada jangka waktu tertentu
4.
Cara Membuat Termometer
Dalam pembuatan thermometer, Mula-mula
ditetapkan dua patokan suhu yang selanjutnya disebut titik tetap. Titik tetap
merupakan suhu ketika benda mengalami perubahan wujud, misalnya saat benda
mencair dan mendidih. Suhu ketika benda mencair menyatakan titik tetap bawah,
sedangkan suhu ketika kita mendidih menyatakan titik tetap atas kemudian
diantara titik tetap tersebut dibuat skala-skala.
Bilangan yang menyatakan titik tetap
berbeda antara satu ilmuan dengan ilmuan lainnya.
Celcius (1701-1744) membuat titik tetap bawah ketika es mencair dan titik tetap atas ketika
air mendidih. Titik tetap bawah (suhu es mencair) ditetapkan sebagai suhu 0o.
Sementara titik tetap atas ( suhu air mendidih) ditetapkan sebagai suhu 100o.
Kemudian jarak antara titik tetap atas dan titik tetap bawah dibagi menjadi
100ᵒ yang sama panjang. Dengan demikian skala Celcius memiliki rentang suhu
antara 0oC sampai 100oC. skala suhu seperti ini digunakan dibanyak Negara
termasuk di Indonesia.
Fahrenheit
(1686-1736) memilih suhu campuran es dan garam ketika
membeku sebagai titik tetap bawah. Titik tetap ini menyatakan 0o. Sementara
titik tetap atas dipasang bilangan 212o, yaitu titik didih campuran tersebut.
Berarti skala Fahrenheit memiliki rentang suhu antara 0oF sampai 212oF.
kemudian jarak antara titik tetap atas dan titik tetap bawah dibagi menjadi
180o yang sama panjang. Skala yang dibuat oleh Fahrenheit digunakan dibeberapa
Negara termasuk Inggris dan Amerika Serikat.
Reamur
memilih titik 0o untuk es yang mencair dan 80o untuk
air mendidih. Berarti skala reamur memiliki
rentang suhu antara
0oR sampai 80oR. kemudian jarak
anatara dua titik tetap tersebut menjadi 80o yang sama.
Lord
Kelvin (1824-1907) menyusun skala suhu dengan
menggunakan ukuran derajat yang sama besar dengan derajat Celcius. Namun Kelvin
menyatakan bahwa titik beku es adalah -273oK, sedangkan titik didih air adalah
373oC. dengan demikian 0oC sama dengan suhu -273oK sedangkan suhu 100oC sama
dengan suhu 373oK. Suhu -273oK disebut titik nol mutlak.
5. Mengubah Skala Suhu
Pada skala Celcius terdapat 100 skala, pada skala Farenheit
terdapat 180 skala, dan pada skala Reamur terdapat 80 skala. Perbandingan skala
tersebut adalah
oC : oF : oR = 5 :
9 : 4.
Untuk mengubah derajat satu skala menjadi derajat skala
yang lain digunakan rumus:
|
Suhu Diketahui |
Diubah Ke |
Rumus Yang
Digunakan |
|
oC |
oF |
oF = oC + 32 |
|
oF |
oC |
oC = (oF – 32) |
|
oC |
oR |
oR = oC |
|
oR |
oC |
oC = oR |
|
oR |
oF |
oF = oR + 32 |
|
oF |
oR |
oR = (oF
– 32) |
|
oK |
oC |
oC = oK – 273 |
|
oC |
oK |
oK = oC + 273 |
B.
KALOR
1.
Pengertian Kalor
Kalor merupakan bentuk energi yang pindah karena adanya
perbedaan suhu. Secara alamiah, kalor berpindah dari benda bersuhu tinggi ke
benda bersuhu
rendah. Sebelum abad ke – 17, orang beranggapan bahwa kalor
merupakan zat yang pindah dari benda bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu
rendah. Jika kalor merupakan zat, tentu mempunyai masa. Ternyata benda yang
suhunya naik, massanya tidak berubah, jadi kalor bukan zat.
2.
Satuan kalor
Satuan untuk menyatakan kalor adalah
Joule (J) atau Kalori (kal). Joule menyatakan satuan usaha atau energi. Satuan
Joule merupakan satuan kalor yang umum digunakan dalam fisika. Sedangkan Kalori
menyatakan satuan kalor. Kalori (kal)
merupakan satuan kalor yang biasa digunakan untuk menyatakan kandungan energi
dalam bahan makanan. Contohnya: sepotong roti memiliki kandungan energi 200
kalori dan sepotong daging memiliki kandungan energi 600 kalori. Nilai 1 kalori
(1 kal) adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk memanaskan 1 kg air agar
suhunya nai 1°C. Hubungan satuan kalori dengan joule adalah
1 kal = 4,2 J atau 1 J = 0,24 kal
3.
Pengaruh Kalor
Terhadap Benda
a.
Pengaruh kalor terhadap suhu benda
Kalor merupakan energy yang diterima
atau dilepaskan suatu benda. Kalor yang diterima suatu benda bisa berasal dari
matahari, api, atau benda lain. Kalor yang diterima oleh benda dapat mengubah
suhu benda. Ketika kalor diberikan kepada air, maka suhu air bertambah. Makin
banyak kalor yang diberikan makin banyak pula perubahan pada suhu air. Bila
kalor terus diberikan, lama kelamaan air akan mendidih. Ketika air sudah
mendidih suhu air tidak akan bertambah melainkan tetap. Dapat disimpulkan bahwa
kalor mengubah suhu benda.
Benda yang melepaskan kalor seperti air panas dalam gelas.
Air panas yang kita letakkan diatas meja akan melepaskan kalor keudara titik
karena air panas melepaskan kalor, maka suhu air panas makin lama makin turun.
Air panas berubah menjadi air dingin. Hal ini menunjukkan bahwa kalor merubah
suhu benda.
b.
Pengaruh kalor terhadap wujud benda
Kalor menyebabkan perubahan wujud pada
benda-benda, seperti cokelat dan es
batu. Cokelat yang kita genggam dengan tangan dapat meleleh. Hal ini terjadi
karena cokelat mendapat kalor dari tangan kita dan udara. Demikian juga dengan
es batu yang diletakkan dalam piring di atas meja. Lama-kelamaan es batu
mencair karena pengaruh kalor dari udara. Ketika es batu dipanaskan maka lama-
kelamaan es batu berubah menjadi air. Berarti es batu berubah wujud dari padat
menjadi cair.
Logam seperti besi dan emas juga dapat
berubah wujud bila mendapat panas. Hal ini terjadi misalnya ditempat peleburan logam.
Pada fenomena lain bila pemanasan berlangsung terus maka
suatu saat air mendidih. Setelah mendidih cukup lama air seakan-akan lenyap.
Disekitar panci banyak terdapat uap air berarti air telah berubah wujud dari
air menjadi gas. Dapat disimpulkan bahwa
kalor dapat merubah wujud gas. Perubahan wujud gas yang disebabkan oleh kalor
diantara :
1)
Perubahan wujud dari padat menjkadi
cair dan sebaliknya. Contoh fenomena ini terjadi pada lilin yang sedang menyala.
2)
Perubahan wujud dari cair menjadi
gas dan sebaliknya. Fenomena ini terjadi pada peristiwa memasak air dan
terjadinya fenomena hujan.
3)
Perubahan wujud dari padat menjadi
gas dan sebaliknya. Peristiwa ini terjadi pada kapur barus yang menyublin, yang
mengubah kapur barus menjadi gas. Sedangkan benda gas yang berubah menjadi
benda padat dicontohkan pada asap kenalpot. Asap nkenalpot berubah menjadi
jelaga (benda padat) ketika menyentuh permukaan dalam kenalpot.
4.
Menguap, Mengembun dan Mendidih
5.
Melebur dan Membeku
Melebur merupakan peristiwa perubahan
wujud zat dari padat menjadi cair. Sedangkan membeku adalah kebalikannya, yaitu
perubahan bentuk zat dari cair menjadi padat.
Peristiwa melebur dan membeku sering kita jumpai dalam
hidup kita, misalnya saja peristiwa meleburnya keju yang dipanaskan di atas
wajan, es krim yang
meleleh
saat di tangan. Dan peristiwa membeku kita jumpai pada saat membuat es batu.
Untuk melebur, zat memerlukan kalor, dan
pada waktu melebur suhu zat tetap. Sebaliknya untuk membeku, zat melepaskan
kalor, dan pada waktu membeku, suhu zat tetap.
Kalor yang diperlukan untuk meleburkan 1 Kg zat padat
menjadi 1 Kg zat cair pada titik leburnya dinamakan kalor lebur. Sebaliknya,
kalor yang dilepaskan pada waktu 1 Kg
zat cair membeku menjadi 1 Kg zat padat pada titik bekunya dinamakan kalor
beku. Jika banyaknya kalor yang diperlukan oleh zat yang massanya m Kg untuk
melebur adalah Q Joule, maka kalor lebur (L) dapat kita tulis:
Dimana:
L
= Kalor Lebur (J/Kg) Q = Banyaknya kalor (J) m = Massa (Kg)
Nilai kalor lebur
Berbeda untuk zat yang berbeda, seperti digambarkan pada tabel berikut:
|
Zat |
Titil Lebur (oC) |
Kalor Lebur (J/Kg) |
|
Air |
0 |
336.000 |
|
Alcohol |
-97 |
69.000 |
|
Raksa |
-39 |
120.000 |
|
Aluminium |
660 |
403.000 |
|
Tembaga |
1.083 |
206.000 |
|
Platina |
1.769 |
113.000 |
|
Timbale |
327 |
25.000 |
6.
Persamaan Kalor
Kalor menyatakan banyaknya panas,
sedangkan suhu menyatakan derajat panas suatu benda. Misalnya kita memiliki dua
panic yang identik. Panic pertama berisi 100 g air, sedangkan panic kedua
berisi 50 g air. Suhu air dalam kedua panic tersebut sama. Bila kedua air ini
dipanaskan, maka air 100 g memerlukan kalor lebih banyak dibandingkan air 50 g.
Itu berarti kalor sebanding dengan massa.
Pemberian kalor menyebabkan suhu benda
berubah. Makin banyak kalor yang diberikan pada suatu benda, maka suhu benda
tersebut maikin tinggi. Berarti kalor sebanding dengan perubahan suhu. Selain
bergantung pada massa dan perubahan suhu, kalor yang diperlukan agar suhu benda
naik juga bergantung pada jenis zat. Bila kita merangkum semua factor tersebut,
maka kalor yang diperlukan agar suhu benda naik adalah:
Q = m c Δt
Dimana:
Q
= Banyaknya Kalor (J) m = Massa (Kg)
c = Kalor jenis benda (J/Kg oC) Δt = Perubaha suhu (oC)
Kalor jenis menyatakan banyaknya kalor yang diperlukan
untuk menaikan suhu 1 Kg zat sebesar 1 oC. Beberapa contoh kalor
jenis dari beberapa zat adalah sebagai berikut:
|
Zat |
Kalor Jenis/c (J/Kg oC) |
|
Timbel |
128 |
|
Emas |
129 |
|
Raksa |
140 |
|
Tembaga |
400 |
|
Besi |
460 |
|
Baja |
500 |
|
Kaca |
700 |
|
Zat |
Kalor Jenis (J/Kg oC) |
|
Aluminium |
900 |
|
Es |
2100 |
|
Eter |
2190 |
|
Alcohol (Etil) |
2500 |
|
Air (15oC) |
4200 |
|
Beton |
800 |
7.
Perpindahan Kalor
a.
Perpindahan Kalor
Secara Konduksi
Konduksi adalah perpindahan panas
melalui zat perantara. Namun, zat tersebut tidak ikut berpindah ataupun
bergerak. COntoh sederhana dalam kehidupan sehari-hari misalnya, ketika kita
membuat kopi atau minuman panas, lalu kita mencelupkan sendok untuk mengaduk
gulanya. Biarkan beberapa menit, maka sendok tersebut akan ikut panas. Panas
dari air mengalir ke seluruh bagian sendok. Atau contoh lain misalnya saat kita
membakar besi logam dan sejenisnya. Walau hanya salah satu ujung dari besi
logam tersebut yang dipanaskan, namun panasnya akan menyebar ke seluruh bagian
logam sampai ke ujung logam yang tidak ikut dipanasi. Hal ini menunjukkan panas
berpindah dengan perantara besi logam tersebut.
b.
Perpindahan Kalor Secara Konveksi
Konveksi adalah perpindahan panas yang
disertai dengan perpindahan zat perantaranya. Perpindahan panas secara Konveksi
terjadi melalui aliran zat. Contoh yang sederhana adalah proses mencairnya es
batu yang dimasukkan ke dalam air panas. Panas pada air berpindah bersamaan
dengan mengalirnya air panas ke es batu. Panas tersebut kemudian menyebabkan es
batunya meleleh.
c.
Perpindahan Kalor Secara Radiasi
Radiasi adalah perpindahan panas tanpa
melalui perantara. Untuk memahami ini, dapat kita lihat kehidupan kita
sehari-hari. Ketika matahari
bersinar terik pada siang hari, maka kita akan merasakan
gerah atau kepanasan. Atau ketika kita duduk dan mengelilingi api unggun, kita
merasakan hangat walaupun kita tidak bersentukan dengan apinya secara langsung.
Dalam kedua peristiwa di atas, terjadi perpindahan panas yang dipancarkan oleh
asal panas tersebut sehingga disebut dengan Radiasi.
8.
Peralatan Yang Memanfaatkan Sifat Kalor
Dalam kehidupan sehari-hari banyak kita
jumpai peralatan yang memanfaatkan sifat kalor diantaranya:
a.
Kulkas
Kulkas dimanfaatkan untuk mendinginkan atau mengawetkan
makanan dan minuman. Daging, ikan, buah-buahan, dan coklat sebaiknya disimpan
dikulkas agar lebih bertahan lama. Sementara air dan minuman disimpan dalam
kulkas agar terasa segar saat diminum. Didalam ruang pembeku kulkas terdapat
rangkaian pipa. Pipa ini bersambung dengan pipa diseluruh ruang pada kulkas.
Dalam pipa terdapat Freon (zat yang mudah menguap). Freon cair dialirkan
kedalam ruang pembeku dimana tekanan udara ditempat itu rendah. Karena tekana
udara rendah maka Freon akan mudah menguap. Ketika menguap, freon mengambil
kalor dalam makanan yang disimpan dalam ruang pembeku. Karna melepaskan kalor
maka ruang pembeku menjadi dingin. Hal ini mirip dengan menetesnya spiritus
atau alcohol pada kulit kita. Alcohol dengan cepat menguap sambil mengambil
kalor dari tangan kita, akibatnya tangan menjadi dingin.
b.
Otoklaf
Beberapa jenis pekerjaan membutuhkan pemanasan hingga suhu
melebihi 100ᵒC. untuk mendapatkan suhu ini orang memanfaatkan uap yang berasal dari
air mendidih pada tekanan diatas 1 atm. Contohnya, pada proses vulkanisasi
karet. Untuk membunuh bakteri pada peralatan kedokteran digunakan otoklaf.
Dengan menggunakan alat ini maka dapat dicapai suhu diatas 100ᵒC sehingga
bakteri pun mati.
c.
Alat penyulingan air
Benda lain yang memanfaatkan sifat kalor adalah alat
penyuling air (destilasi). Alat penyulingan air dilengkapi dengan alat
pendingin yang disebut kondensor.
Didalam kondensor dialiri air dingin secara terus menerus
menyelubungi pipa. Sementara pipa sendiri mengaliri uap-uap panas dari labu
didih kebotol Erlenmeyer. Cara kerja alat penyulingan air dapat digambarkan
sebagai berikut: mula-mula air dalam labu dipanaskan hingga mendidih. Leher
labu ditutup dengan gabus yang dilengkapi
dengan thermometer. Uap panas yang terbentuk kemudian mengalir melalui pipa
yang dilingkupi oleh alat pendingin (kondensor). Ketika melewati alat pendingin
uap panas berubah menjadi tetes-tetes embun. Tetes-tetes embun ini kemudian
mengalir kedalam botol Erlenmeyer. Dengan demikian kita mendapat air suling
yang dapat diminum.
9.
Asas Black
Ketika kita memasukkan es batu kedalam
air panas ternyata suhu air turun. Suhu air itu turun karena air melepaskan
kalor ke es batu. Sementara itu, es batu mencair atau berubah wujud karena
mendapat kalor dari air panas. Berarti pada peristiwa ini salha satu benda
melepaskan kalor, sedangkan benda yang lain menerima kalor. besranya kalor yang
dilepas dan kalor yang diterima oleh benda yang bercampur pertama kali diketahui
oleh Joseph Black (1720-1799), seorang ilmuan Inggris. Ia melakukkan
serangkaian eksperimen dan mendapatkan hasil berikut:
a.
Bila
dua benda bercampur maka benda yang panas akan memberikan kalor kepada benda
yang dingin hingga suhu keduanya sama.
b.
Banyaknya
kalor yang dilepas oleh benda yang panas sama dengan banyaknya kalor yang
diserap oleh benda yang dingin
Pernyataan diatas dapat diringkas sebagai berikut: Kalor yang dilepas oleh suatu benda sama
dengan kalor yang diterima benda lain. Pernyataan ini dikenal dengan Asas
Black. Yang ditulis dengan pernyataan
Kalor Lepas = Kalor Terima Q lepas = Q terima
