Serba-Serbi Suhu (Skala Suhu Dan Pemuaian)

Benda dengan suhu tinggi akan terasa panas, sedangkan benda dengan suhu rendah akan terasa dingin. Kepekaan suatu zat terhadap perubahan suhu disebut sifat termometrik. Kepekaan suatu zat merupakan dasar pengukur suhu suatu zat.

Suhu mempengaruhi hasil pengukuran dari besaran massa, besaran panjang, besaran kuat arus listrik, laju reaksi (kecepatan reaksi), pelarutan, volume, kalor jenis, hambatan jenis, warna benda, derajat keasaman (pH) dan lain-lain.

Pada tanggal 21 Juli 1983, Stasiun Vostok, Antartika pernah mencatat suhu paling dingin di bumi adalah -89,2oC. 

Sementara predikat ibu kota terdingin di dunia adalah Ulan Bator, Mongolia yang mana pada bulan Desember-Januari, suhu di kota itu bisa mencapai -30 derajat Celsius. Musim panas di kota Ulan Bator, Mongolia lebih pendek daripada musim dingin di sana.

Termometer

Termometer adalah alat untuk mengukur suhu. Termometer terdiri atas empat jenis, yaitu termometer Celcius, termometer Reamur, termometer Fahrenheit dan termometer Kelvin.

Setiap termometer memiliki titik tetap/acuan atas dan titik tetap/acuan bawah. Titik acuan atas adalah suhu titik didih air pada tekanan udara 1 atmosfer (atm) di pantai. Titik acuan bawah adalah suhu titik lebur es pada tekanan udara 1 atmosfer (atm). Di antara kedua titik acuan dibuat skala suhu.

Keterangan :
1 atm = 101.325 pascal (Pa) atau 101.325 bar
1 bar  = 100.000 pascal (Pa)
1 Pa = 1 N (Newton)  = 1 kg / m.s2
                      m2
Satuan pascal dan bar digunakan untuk menentukan tekanan atau tegangan.
1 atm = 76 cmHg atau 7600 mmHg
Satuan cmHg digunakan pada barometer air raksa yang merupakan barometer tua.


Titik didih adalah suhu di mana tekanan uap zat cair sama dengan tekanan udara. Semakin banyak uap yang terdorong ke atas, semakin mudah suatu zat cair mendidih. Semakin banyak uap yang terdorong ke bawah, semakin sulit suatu zat cair mendidih, sehingga titik didih menjadi lebih tinggi.

Titik didih suatu zat cair bergantung pada di mana zat cair tersebut diletakkan. Semakin tinggi suatu tempat, maka semakin rendah tekanan udaranya.  Hal itu disebabkan karena semakin sedikit beban udara dari bagian atas yang harus ditanggung oleh udara di bawahnya.

Tekanan udara dapat diukur menggunakan barometer. Barometer terbagi menjadi dua jenis, yaitu barometer air raksa dan barometer aneroid (barometer kering atau altimeter). Altimeter biasa digunakan pada pesawat terbang untuk mengukur tinggi tekanan udara di atas permukaan air laut.

Berikut ini adalah penetapan titik acuan pada skala suhu termometer :


- Termometer Celcius (TC) memiliki titik acuan bawah 0 derajat (titik beku air) dan titik acuan atas 100 derajat (titik didih air). Skala suhunya adalah 100 skala.

- Termometer Reamur (TR) memiliki titik acuan bawah 0 derajat (titik beku air) dan titik acuan atas 80 derajat (titik didih air). Skala suhunya adalah 80 skala.

- Termometer Fahrenheit (TF) memiliki titik acuah bawah 32 derajat (titik beku air) dan titik acuan atas 212 derajat (titik didih air). Skala suhunya adala 180 skala.

- Termometer Kelvin memiliki titik acuan bawah 273 derajat (titik beku air)  dan titik acuan atas 373 derajat (titik didih air). Skala suhunya adalah 100 skala.

Dari termometer celcius, termometer reamur dan termometer fahrenheit berlaku hubungan sebagai berikut :
TR = 4/5 TC = 4/9 (TF-32)
TC = 5/4 TR = 5/9 (TF-32)
TF = 9/5 TC + 32 = 9/4 TR + 32

Rumus Konversi Suhu Antara Celcius, Fahrenheit Dan Kelvin

Mengubah dari oCelcius ke oFahrenheit dengan rumus
oF = oC x 1,8 + 3,2
Mengubah dari oFahrenheit ke oCelcius dengan rumus
oC = (oF – 32)/ 1,8

Mengubah dari oCelcius ke oKelvin dengan rumus
oK = oC + 273, 15
Mengubah dari oKelvin ke oCelcius dengan rumus
oC = oK – 273,15

Mengubah dari oFahrenheit ke oKelvin dengan rumus
oK = (oF + 459,67) / 1,8
Mengubah dari oKelvin Ke oFahrenheit dengan rumus
oF = oK x 1,8 – 459,67

Untuk suhu dalam satuan Kelvin dan satuan derajat Celcius berlaku hubungan sebagai berikut :
T = t + 273

Keterangan :
T = suhu dalam satuan Kelvin
t = suhu dalam satuan derajat Celcius.

Untuk mengisi pipa kapiler termometer menggunakan zat termometrik, yaitu raksa dan alkohol. Penggunaan air raksa dalam termometer bersifat tidak membasahi dinding kaca, raksa dapat menghantarkan panas dengan baik, kalor jenis raksa bernilai rendah, jangkauan ukur zat raksa bernilai lebar karena titik bekunya adalah sekitar -39o C dan titik didihnya 357o C.

Sedangkan penggunaan alkohol dalam termometer bersifat membasahi dinding kaca, alkohol suhu yang sangat rendah biasanya menggunakan zat alkohol karena titik beku alkohol adalah sekitar -114o C. Untuk suhu yang tinggi tidak dapat menggunakan zat alkohol karena titik didih alkohol adalah sekitar 78o C. Apabila menggunakan alkohol dalam termometer, air terlebih dahulu diberi tinta pewarna agar dapat dilihat.

Suhu normal untuk tubuh manusia adalah 310,15 oK atau 37 oC atau 98,6 oF.

Rumus Konversi Skala Termometer

Tx – Xb =  Ty – Yb
Xa – Xb    Ya – Yb

Keterangan :

Xa  = Titik tetap atas termometer X
Xb  = Titik tetap bawah termometer X
Tx   = Suhu pada termometer X
Ty   = Suhu pada termometer Y
Ya  = Titik tetap atas termometer Y
Yb  = Titik tetap bawah termometer Y

Contoh :
Jika suhu es yang melebur diukur dengan termometer X adalah 30oX dan suhu air yang mendidih diukur dengan termometer X adalah 115oX. Jika suhu suatu benda diukur dengan termometer Celcius adalah 40oC. Berapa suhu benda jika diukur dengan termometer X ?

Jawab :
Karena dalam soal terdapat keterangan suhu benda yang diukur dengan termometer Celcius, maka termometer Celcius menjadi perbandingannya. Yang mana titik tetap atas untuk termometer Celcius adalah 100oC, sedangkan titik tetap bawah termometer Celcius adalah 0oC.
Di sini, termometer Celcius dinyatakan sebagai termometer Y karena suhu benda yang dicari adalah yang diukur dengan termometer X.

Maka,
Tx – 30 = 40 - 0
115-30    100 - 0
Tx – 30/85  = 40/100
Tx – 30 = 0,4 x 85
Tx – 30 = 34
Tx = 34 + 30 = 64
Jadi, suhu benda tersebut jika diukur dengan termometer X adalah 64oX.


Selain ketiga skala suhu yang tersebut di atas, terdapat derajat skala suhu lainnya, yaitu :

Rankine (oR atau oRa)

Titik nol pada skala Rankine adalah derajat mutlak.
Satu derajat Rankine (459,67oR) sama dengan satu derajat Fahrenheit (0oF)

Rumus :
Mengubah dari oRankine ke oFahrenheit dengan rumus
oF = oR – 459,67
Mengubah dari oFahrenheit ke oRankine dengan rumus
oR = oF + 459,67

Mengubah dari oRankine ke oKelvin dengan rumus
oK = oR : 1,8
Mengubah dari oKelvin ke oRankine dengan rumus
oR = oK  x 1,8

Mengubah dari oRankine ke oCelcius dengan rumus
oC = (oR : 1,8) – 273,15
Mengubah dari oCelcius ke oRankine dengan rumus
oR = (oC + 273,15) x 1,8

Mengubah dari oRankine ke oReamur dengan rumus
oRe = (oR/1,8 + 273,15) x 0,8
Mengubah dari oReamur ke oRankine dengan rumus
oR = oRe x 2,25 + 491,67

Mengubah dari oRankine ke oNewton dengan rumus
oN =(oR-491,67) x 11/60
Mengubah dari oNewton ke oRankine dengan rumus
oR = oN x 60/11 + 491,67

Mengubah dari oRankine ke oRØmer dengan rumus
oRØ = (oR-491,67) x 7/24 + 7,5
Mengubah dari oRØmer ke oRankine dengan rumus
oR = (oRØ – 7,5) x 24/7 + 491,67

Delisle atau de Lisle (oDe)

Skala Delisle memiliki titik acuan bawah 0 derajat (titik beku air) dan titik acuan atas 150 derajat (titik didih air).

Rumus :
Mengubah dari oDelisle ke oCelcius dengan rumus
oC = 100 – oDe x 2/3
Mengubah dari oCelcius ke oDelisle dengan rumus
oDe = (100 – oC) x 1,5

Mengubah dari oDelisle ke oFahrenheit dengan rumus
oF = 120 – oDe x 1,2
Mengubah dari oFahrenheit ke oDelisle dengan rumus
oDe = (212 – oF) x 5/6

Mengubah dari oDelisle ke oKelvin dengan rumus
oK = 373,15 – oDe x 2/3
Mengubah dari oKelvin ke oDelisle dengan rumus
oDe = 373,15-oK x 1,5

Mengubah dari oDelisle ke oRankine dengan rumus
oR = 671,67 – oDe x1,2
Mengubah dari oRankine ke oDelisle dengan rumus
oDe = (671,67-oR) x 5/6

Mengubah dari oDelisle ke oNewton dengan rumus
oN = 33-oDe x 0,22
Mengubah dari oNewton ke oDelisle dengan rumus
oDe = (33 - oN) x 50/11

Mengubah dari oDelisle ke oReamur dengan rumus
oRe = 80-oDe x 8/15
Mengubah dari oReamur ke oDelisle dengan rumus
oDe = (80-oRe) x 1,875

Mengubah dari oDelisle ke oRØmer dengan rumus
oRØ = 60 –oDe x 0,35
Mengubah dari oRØmer ke oDelisle dengan rumus
oDe = (60 –oRØ) x 20/7

Newton (oN)

Skala Newton memiliki titik acuan bawah 0 derajat (titik beku air) dan titik acuan atas 33 derajat (titik didih air). Skala Newton sama dengan 100/33 derajat Kelvin atau derajat Celcius.

Rumus :
Mengubah dari oNewton ke oCelcius dengan rumus
oC = oN x100/33
Mengubah dari oCelcius ke oNewton dengan rumus
oN = oC x 33/100

Mengubah dari oNewton ke oFahrenheit dengan rumus
oF = oN x 60/11 + 32
Mengubah dari oFahrenheit ke oNewton dengan rumus
oN = (oF – 32) x 11/60

Mengubah dari oNewton ke oKelvin dengan rumus
oK = oN x 100/33 + 273,15
Mengubah dari oKelvin ke oNewton dengan rumus
oN = (oK – 273,15) x 33/100

Mengubah dari oNewton ke oRankine dengan rumus
oR = oN x 60/11 + 491,67
Mengubah dari oRankine ke oNewton dengan rumus
oN = (oR – 491,67) x 11/60

Mengubah dari oNewton ke oDelisle dengan rumus
oDe = (33-oN) x 50/11
Mengubah dari oDelisle ke oNewton dengan rumus
oN = 33 – oDe x 0,22

Mengubah dari oNewton ke oReamur dengan rumus
oRe = oN x 80/33
Mengubah dari oReamur ke oNewton dengan rumus
oN = oRe x 33/80

Mengubah dari oNewton ke oRØmer dengan rumus
oRØ = oN x 35/22 + 7,5
Mengubah dari oRØmer ke oNewton dengan rumus
oN = (oRØ – 7,5) x 22/35

Reamur (oRe)

Skala Reamur memiliki titik acuan bawah 0 derajat (titik beku air) dan titik acuan atas 80 derajat (titik didih air).  Di negara Perancis dan Jerman, skala Reamur digunakan untuk industri permen dan keju.

1oRe = 1,25 oC atau 1,25 oK

Rumus :
Mengubah dari oReamur ke oCelcius dengan rumus
oC = oRe/0,8
Mengubah dari oCelcius ke oReamur dengan rumus
oRe = oC x 0,8

Mengubah dari oReamur ke oFahrenheit dengan rumus
oF = oRe x 2,25 + 32
Mengubah dari oFahrenheit ke oReamur dengan rumus
oRe = (oF – 32) x 0,44

Mengubah dari oReamur ke oKelvin dengan rumus
oK = oRe/0,8 + 273,15
Mengubah dari oKelvin ke oReamur dengan rumus
oRe = (oK – 273,15) x 0,8

Mengubah dari oReamur ke oRankine dengan rumus
oR = oRe x 2,25 + 491,67
Mengubah dari oRankine ke oReamur dengan rumus
oRe = (oR /1,8 + 273, 15) x 0,8

Mengubah dari oReamur ke oDelisle dengan rumus
oDe = (80-oRe) x 1,875
Mengubah dari oDelisle ke oReamur dengan rumus
oRe = 80 – oDe x 8/15

Mengubah dari oReamur ke oNewton dengan rumus
oN = oRe x 33/80
Mengubah dari oNewton ke oReamur dengan rumus
oRe = oN x 80/33

Mengubah dari oReamur ke oRØmer dengan rumus
oRØ = oRe x 21/32 + 7,5
Mengubah dari oRØmer ke oReamur dengan rumus
oRe = (oRØ – 7,5) x 32/21

RØmer (oRØ)

Skala rØmer memiliki titik acuan bawah 7,5 derajat (titik beku air) dan titik acuan atas 60 derajat (titik didih air).
1oRØ = 40/21 oK atau 40/21 oC

Rumus :
Mengubah dari oRØmer ke oCelcius dengan rumus
oC = (oRØ – 7,5) x 40/21
Mengubah dari oCelcius ke oRØmer dengan rumus
oRØ = oC x21/40 + 7,5

Mengubah dari oRØmer ke oFahrenheit dengan rumus
oF = (oRØ – 7,5) x 24/7 + 32
Mengubah dari oFahrenheit ke oRØmer dengan rumus
oRØ = (oF-32) x 7/24  + 7,5

Mengubah dari oRØmer ke oKelvin dengan rumus
oK = (oRØ  - 7,5) x 40/21 + 273,15
Mengubah dari oKelvin ke oRØmer dengan rumus
oRØ= (oK - 273,15) x 21/40 + 7,5

Mengubah dari oRØmer ke oRankine dengan rumus
oR = (oRØ  - 7,5) x 24/7 + 491,67
Mengubah dari oRankine ke oRØmer dengan rumus
oRØ = (oR – 491,67) x 7/24 + 7,5

Mengubah dari oRØmer ke oDelisle dengan rumus
oDe = (60- oRØ) x 20/7
Mengubah dari oDelisle ke oRØmer dengan rumus
oRØ = 60 – oDe x  0,35

Mengubah dari oRØmer ke oNewton dengan rumus
oN = (oRØ  - 7,5) x 22/35
Mengubah dari oNewton ke oRØmer dengan rumus
oRØ = oN x 35/22 + 7,5

Mengubah dari oRØmer ke oReamur dengan rumus
oRe = (oRØ  - 7,5) x 32/21
Mengubah dari oReamur ke oRØmer dengan rumus
oRØ = oRe x 21/32 + 7,5

T x = 67 {\displaystyle Tx=67} Pemuaian

Pada umumnya, suatu zat akan memuai jika terjadi kenaikan suhu dan akan menyusut jika terjadi penurunan suhu. Hubungan antara koefisien muai panjang, muai luas dan muai volume adalah γ = 3α  dan  β = 2α.

Pemuaian dibedakan menjadi empat jenis berdasarkan perubahan bentuk,  yaitu :

a. Muai Linear Atau Muai Panjang

Muai linear adalah pertambahan panjang suatu benda jika terjadi kenaikan suhu.

Rumus Muai Linear :
â„“ = â„“ . α. ∆t    atau    â„“t = â„“ (1 + α . ∆t)   

Keterangan :
â„“ = Pertambahan panjang benda (satuan m)
â„“t   = Panjang benda setelah kenaikan suhu (satuan m)
â„“    = Panjang awal benda (satuan m)
α   = Koefisien muai panjang (satuan oK-1 atau oC-1)
∆t = Kenaikan suhu (satuan K atau oC)

Pada ∆t berlaku rumus : suhu ketika dinaikan – suhu awal

Contoh :
Panjang  batang rel kereta api masing-masing 10 meter dipasang berurutan pada suhu 20oC, diharapkan pada suhu 40oC rel tersebut bersentuhan. Koefisien muai panjang rel kereta api adalah 12 x 10-6 oC-1. Hitunglah jarak/celah antara kedua batang rel kereta api tersebut pada suhu 20oC!

Jawab :
Hitung derajat ∆t terlebih dahulu, yaitu 40 – 20 = 20
â„“ = â„“ . α . ∆t
     = 10 . 12 x 10-6 . 20
     = 10 . 0,000012 . 20
     = 0,0024 m 

b. Muai Luas

Muai luas adalah pertambahan luas bidang suatu benda jika suhu dinaikkan.

Rumus Muai Luas :
A = A . β . ∆t   atau  At = A (1 + β . ∆t)  

Keterangan :
A    = Luas bidang benda awal (satuan m2)
β    = Koefisien muai luas bidang benda (satuan oK-1 atau oC-1)
A = Pertambahan luas bidang benda (satuan m2)
∆t  = Kenaikan suhu (satuan oK atau oC)
At    = Luas bidang benda setelah kenaikan suhu (satuan m2)

Contoh :
Hitunglah luas sebuah kaca pada suhu 80oC. Jika pada suhu 25oC kaca berukuran 2 m2 dan koefisien muai panjang adalah 9 x 10-6 oK-1 !

Jawab :
Yang diketahui disini adalah nilai α, yaitu 9 x 10-6. Untuk itu, kita perlu mencari nilai β. Sebelumnya telah dijelaskan hubungan antara koefisien muai panjang dan muai luas adalah β = 2α.

Maka, β = 2α = 2 . 9 x 10-6 = 2 . 0,000009 = 0,000018 atau 18 x 10-5  
Lalu, hitung nilai ∆t  = 80 – 25 = 55
Jadi,
A = A . β . ∆t
      = 2 . 0,000018 . 55 = 0,00198 m2

c. Muai Ruang

Muai ruang adalah pertambahan volume suatu benda jika suhu dinaikkan.

Rumus Muai Ruang :
V = V . γ . ∆t   atau   Vt = V (1 + γ. ∆t)  

Keterangan :
V    = Volume benda awal (satuan m3)
γ    = Koefisien muai ruang (satuan oK-1 atau oC-1)
Vt   = Volume benda setelah kenaikan suhu (satuan m3)
V  = Pertambahan volume (satuan m3)
t   = Kenaikan suhu (satuan oK atau oC)

Contoh :
Hitunglah volume air yang tumpah pada bejana yang berisi 1 liter air pada suhu 20oC dan dipanaskan sampai 90oC. Jika koefisien muai panjang bejana adalah 3 x 10-6 oC-1 dan koefisien muai volume air adalah 2 x 10-4 oC-1

Jawab :
t = 90 - 20 = 70
Volume air = Va
Volume bejana = Vb
Va = Vb = 1 liter
γb = 3α  = 3 . 3 x 10-6 = 3 . 0,000003 = 0,000009 oC-1
Vb = Vb . γb . ∆t
      = 1. 0,000009 . 70 = 0,00063 m3
Va = Va . γa . ∆t
        = 1. 2 x 10-4 . 70 = 1. 0,0002 . 70 = 0,014 m3
 
V tumpah = ∆Va - ∆Vb = 0,014 – 0,00063 = 0,01337 liter atau 0,00001337 m3

d. Muai Gas

Semua jenis gas memiliki koefisien muai gas yang sama nilainya, yaitu 1/273. Tiga kemungkinan yang terjadi jika suhu sejumlah gas dinaikkan, yaitu :

- Volume tetap, sedangkan tekanan berubah

Jika volume sejumlah gas tetap, maka tekanannya sebanding dengan suhu mutlak, yaitu 0 derajat.

Rumus :
P1  =  P2
T1       T2

Keterangan :
P1 = Tekanan pada keadaan awal (satuan N.m-2)
P2 = Tekanan pada keadaan akhir (satuan N.m-2)
T1  = Suhu gas mutlak pada keadaan awal (satuan oK)
T2  = Suhu gas mutlak pada keadaan akhir (satuan oK)

- Tekanan tetap, sedangkan volume berubah

Jika tekanan sejumlah gas tetap, maka volumenya sebanding dengan suhu mutlak, yaitu 0 derajat.

Rumus :
V1  =  V2
T1       T2

Keterangan :
V1 = Volume pada keadaan awal (satuan m3)
V2 = Volume pada keadaan akhir (satuan m3)
T1  = Suhu gas mutlak pada keadaan awal (satuan oK)
T2  = Suhu gas mutlak pada keadaan akhir (satuan oK)

- Tekanan dan volume berubah

Pada sejumlah gas, hasil kali volume dan tekanan gas sebanding dengan suhu mutlaknya.

Rumus :
P1 . V1  =  P2 . V2
    T1             T2
*Keterangan sama dengan keterangan di atas.

Contoh muai gas :
Gas oksigen memiliki volume 4 liter pada suhu 0oC dan tekanan 10 N/m2 dimampatkan, sehingga tekanannya menjadi 160 N/m2 dan suhunya naik menjadi 273oC. Hitunglah volume gas sekarang!.

Jawab :
P1 . V1  =  P2 . V2
    T1             T2
10 . 4   = 160 . V2
0                             273
40 x 273 = 160 . V2
 10920  =  V2
   160
68,25 = V2

Anomali Air

Anomali air adalah keistimewaan yang dimiliki air. Jika suhu naik dari 0oC menjadi 4oC, maka volume air akan menyusut, sehingga pada 4oC, massa jenis air yang paling besar adalah 1000 kg.m-3.

Hubungan Atom Dengan Suhu

Derajat mutlak sama dengan 0oK. Pada suhu derajat mutlak, atom-atom tidak bisa bergerak, tetapi atom-atom tidak akan pernah kehilangan energi atau energi atom habis karena atom-atom tidak pernah berhenti bergerak. Setiap atom memiliki energi masing-masing. Kecepatan gerak atom tergantung pada energi atom masing-masing.

Jika suhu semakin turun, maka energi atom semakin berkurang dan gerak atom menjadi semakin lambat. Sebaliknya, jika suhu semakin tinggi, maka energi atom semakin besar dan gerak atom menjadi semakin cepat.

Dalam satu periode dari kiri ke kanan pada tabel periodik, unsur pada golongan IA - golongan IVA, titik didih dan titik leleh semakin tinggi. Sedangkan unsur pada golongan VA - golongan VIIIA, titik didih dan titik leleh semakin rendah.

Dalam satu golongan dari atas ke bawah pada tabel periodik, unsur pada golongan IA - golongan IVA, titik didih dan titik leleh semakin rendah. Sedangkan unsur pada golongan VA - golongan VIIIA, titik didih dan titik leleh semakin tinggi.

Komentar

Populer Minggu Ini

Menilai Kepribadian Manusia Berdasarkan Tatapan Mata

Persen Dan Permil

Cara Menghitung Perbedaan Waktu (WIB, WIT, WITA Dan GMT)

Hambatan Shunt Dan Hambatan Muka Atau Depan

Sifat Kimia Unsur Golongan Utama

Pemancar Radio, Penerima Radio, Gelombang AM dan Gelombang FM

Penggunaan Enough, Quite, Pretty, Rather Dan Fairly

Penggunaan As to, As for, As Regards, About, In Respect Of/To, With Respect To, With Reference To, By Referring To, In The Event Of, Opposite dan Conversely

Penggunaan Still, Yet, Just, Already, Till dan Until

10 Strategi Penulisan Subtitle Terjemahan Dari Gottlieb