Di SLTP anda telah mempelajari tentang
suhu sebagai besaran yang menyatakan derajat panas atau dinginnya suatu benda,
yang diukur dengan termometer.
Termometer menggunakan sifat termometrik zat jika dipanaskan, misalnya volum
raksa dalam tabung kaca memuai jika dipanaskan. Di SLTP anda anda telah
mempelajari cara menetapkan skala pada termometer Celcius, Fahrenheit, dan
Kelvin. Dalam bab ini topik tersebut
dibahas ulang dan lebih di tekankan pada penetapan skala sembarang untuk
termometer yang belum berskala.
Di SLTP anda hanya
mengetahui bahwa zat yang di panaskan akan memuai . Dalam bab ini akan di
tunjukkan bahwa ada zat, contohnya air yang dapat memuai atau menyusut ketika
di panaskan Hampir pasti air memuai ketika dipanaskan, namun jika air dipanaskan antara suhu 00C sampai dengan 40C, maka air justru akan menyusut,
jika bahasan pemuaian di SLTP lebih ditekankan pada pembahasan kualitatif
(pemahaman konsep), maka dalam bab ini pemuaian zat padat maupun zat cair lebih
ditekankan pada pembahasan kualitatif (hitungan. Sedangkan pembahasan
kualitatif tentang pemuaian bab baru akan dibahas secara kuantitatif (hitungan)
sedangkan pembahasan kualitatif tentang pemuaian gas baru akan dibahas secara
kuantitatif dalam bab teori kinetik gas di kelas 2 semester 2 (jilid 2B).
Suhu, energi dalam dan
kalor adalah tiga besaran yang sering dipahami dengan konsep yang salah oleh
siswa. Suhu berkaitan dengan energi kinetik zat per satu molekul. Energi adalah
energi total (energi kinetik + energi potensial yang dimiliki oleh molekul
dalam zat. Sedangkan kalor adalah perpindahan sebagian energi dalam suatu zat
ke zat lainnya karena perbedaan suhu. Jadi kalor lebih mirip dengan usaha
, karena hanya terdefinisi jika energi
(dalam) berubah. Jadi suatu istilah yang konsep jika menyatakan suatu benda
memiliki kalor atu suatu usaha. Kalor yang diberikan pada suatu benda umumnya
digunakan untuk menaikkan suhu benda. Tetapi ketika benda berubah wujud,
misalnya es menjadi air, maka kalor tidak menaikkan suhu benda.
Di SLTP anda juga telah
mempelajari tentang perpindahan kalor yaitu bahwa kalor dapat berpindah secara
konduksi, konveksi dan radiasi. Konduksi umumnya terjadi dalam zat padat,
konfekti terjadi pada fluida (zat cait dan gas), dan radiasi adalah perpindahan
yang dapat melalui vakum atau ruang hampa misalnya kalor dari matahari dapat
sampai ke bumi. Jika di SLTP perpindahan kalor dibahas hanya secara kualitatif,
maka dalam bab ini bahasan itu diperluas secara kuantitatif.
Suhu
Bagaimana
caranya mengukur suhu ?
Dalam buku jilid 1A telah dikatakan
bahwa suhu termasuk suatu besaran pokok. Suhu menyatakan derajat panas atau
dinginnya suatu benda. Di SLTP anda telah mendemonstrasikan bahwa tangan anda
tidak dapat digunakan sebagai alat pengukur suhu. Dapatkah anda memberi alasan
mengapa tangan tidak dapat digunakan sebagai sensor suhu ? Jika anda tidak
dapat menjawab pertanyaan ini, bacalah kembali buku Sains Fisika jilid 2A SLTP
halaman 2 dan 3
Alat
untuk mengukur suhu adalah termometer. Di SLTP anda telah ketahui bahwa
termometer memanfaatkan sifat termometrik zat untuk mengukur suhu. Sifat
termometrik zat adalah adalah sifat fisis zat yang berubah jika dipanaskan,
misalnya volum zat cair, panjang logam, hambatan listrik, seutas kawat platina,
tekanan gas pada volum tetap, dan warna pijar kawat (filamin) lampu.
Ada
berapa jenis termometer ?
Termometar paling umum digunakan untuk
mengukur suhu dalam keseharian adalah termometer yang terbuat dari kaca dan
diisi dengan zat cair. Di SLTP telah
anda ketahui bahwa yang tergolong termometer zat cair adalah termometer klinis,
termometer dinding, dan termometer maksimum/minimum.
Selain termometer zat
cair, jenis-jenis termometer lainnya adalah termometer bimetal, termometer
hambatan, termokopel, termometer gas, dan pirometer. Prinsip kerja
termometer-termometer ini telah dibahas di SLTP. Supaya anda tidak lupa tentang
termometer-termometer ini, kerjakanlah kegiatan 6.1 berikut ini
Membuat
Rangkuman
Tujuan
: membuat
rangkuman tentang jenis-jenis unsur termometer.
Alat
dan Bahan :
Buku Sains Fisika Jilid 2A SLTP dan
buku-buku referensi Fisika tentang Termometer
Langkah
Kerja
1. Bacalah
buku- buku referensi Fisika yang Anda miliki atau anda pinjam, yang membahas
tentang jenis-jenis termometer.
2. Rangkumlah
hasil bacaanmu dan sajikan dalam bentuk tabel seperti Tabel 6.1 berikut,
sehingga mudah untuk anda pelajari ulang. Contoh diberikan untuk termometer
raksa, dan anda diminta melanjutkan untuk termometer jenis lainnya.
Tabel
6.1 Rangkuman tentang jenis-jenis termometer
Jenis Termometer
|
Prinsip
|
Jangkauan Ukur (K)
|
Keuntungan (+)
Kerugian (-)
|
Raksa
dalam tabung kaca
|
Ketika
suhu naik, raksa memuai dan bergerak naik dalam sautu pipa kapiler
|
234
s/d 700
|
+
Dapat dipindah-pindah
- tidak terlalu teliti
- mudah pecah
|
Apa
yang dimaksud dengan kalibrasi termometer ?
Kalibrasi termometer adalah kegiatan
menetapkan skala sebuah termometer yang belum memiliki skala. Kalibrasi
termometer juga telah anda pelajari di SLTP. Kita adakan membahas ulang topik
ini.
Standar
suhu dan Skala Celcius
Suhu termasuh besaran pokok dalam
fisika. Oleh karena itu, seperti besaran-besaran pokok yang lain, suhu
mempunyai standar. Standar untuk suhu disebut titik tetap. Ada dua titik tetap,
yaitu ttik tetap bawah dan titik tetap atas.
Pada kenyataannya, suhu
yang diketahui tetap ialah pada waktu benda mengalami perubahan wujud. Untuk
pengukuran suhu yang tidak begitu tinggi digunakan titik lebus es sebagai titik
tetap bawah dan titik didih aiar sebagai titik tetap atas. Menurut termometer
yang banyak digunakan saat ini, titik tetap adalah titik lebur es murni dan
ditandai dengan angka 0 (Gambar 6.1a). Alasan menyebut es murni karena
ketidakmurnian es (misalnya bercampur dengan garam) akan menyebabkan titik
lebur es (dibawah nol). Titik tetap atas adalah suhu uap diatas air yang sedang
mendidih pada tekanan 1 atm dan ditandai dengan angka 100 (gambar 61b). Alasan
menyebut tekanan 1 atm adalah karena titik didih air sangat dipengeruhi oleh
tekanan udara diatas permukaan air. Mengapa suhu air mendidih tidak digunakan
sebagai titik tetap atas? Hal ini dikarenakan kemurnian akan menyebabkan titik
didih air lebih tinggi (diatas 100), sedangkan suhu uap tidak terpengaruh.
Skala suhu yang
ditetapkan berdasarkan titik lebur es dan titik didih air disebut skala celcius,
sesuai dengan nama orang yang pertama kali mengancurkan cara ini, yaitu seorang
astronom Swedia bernama Anders Celcius ( 1701 – 1744).
Kalibrasi sebuah
termometer ialah penetapan tanda-tanda untuk pembagian skala sebuah termometer.
Empat langkah yang diperlukan dalam kalibrasi sebuah termometer adalah sebagai
berikut.
1. Menentukan titik tetap bawah. Masukkanlah tabung
termometer secara tegak ke dalam wadah corong yang berisi es murni (Gambar
6.1a). Ketika air hasil leburan menetas jatuh dari corong, itu berarti es
sedang melebur. Biarkan termometer iti beberapa lama sampai tinggi permukaan
raksa sudah tidak berubah. Ini berarti telah tercapai keseimbangan termal
antara es yang sedang melebur dengan termometer. Tanda ketinggian raksa dengan
garis dan tulis angka di sampingnya. Pasa skala Celcius, titik tetap bawah
ditandai dengan angka 00C.
2.
Menentukan titik tetap atas.
Masukkan termometer ke dalam bejana yang berisi air murni (gambar 6.1b) dengan
ujung tabing berada sedikit diatas permukaan air (jangan sampai menyentuh
permukaan air). Panaskan air tersebut sampai mendidih. Biarkan beberapa lama
sampai tercapai keseimbanagn termal antara uap air dan termometer. Tanda
ketinggian raksa dengan garis dan tulis angka disampinya. Pada skala Celcius,
titik tetap atas ditandai dengan angka 1000C.
3. Bagilah
jarak antara kedua titik tetap tersebut menjadi beberapa bagian yang sama. Pada
skala Celcius, jarak antara kedua titik tetap dibagi atas 100 bagian, dan tiap
bagian adalah 10C. Jadi 10C = 1/100 bagian.
4. Kita dapat
memperluas skala ini dibawah titik tetap bawah (ditandai dengan angka negatif)
dan diatas titik tetap atas (ditandai dengan angka yang lebih besar dari 100),
seperti ditunjukkan pada gambar 6.2.
Contoh
6.1 Kalibrasi termometer
Pada sebuah termometer y, titik beku air adalah 50oy
dan titik didik air adalah 200oy
(a) Bila
sebuah benda diukur dengan termometer Celcius maka suhunya 40oC. Berapa
suhu ini jika diukur dengan termometer y ?
(b) Pada
angka berapa kedua skala menunjukkan angka yang sama
Jawab
(a) Pada
skala celcius : BA = 100oC – 0oC = 100oC
Pada y : BA = 200oy – 50oy
= 150oy
Rumus perbandingan ∆ C: ∆y = 100 : 150
Pada skala Celcius ∆C = PA = 40oC
– 0oC = 40oC
Skala
Kelvin
Di SLTP telah anda ketahui bahwa setiap
zat disusun oleh partikel-partikel yang bergetar. Getaran partikel-partikel dalam zat menghasilkan energi kinetik. Energi
kinetik rata-rata partikel sebanding dengan panas benda. Bila seatu benda bertambah panas, maka energi
kinetik rata-rata partikel juga bertambah besar.
Sangat mudah untuk
mencapai menambah energi kinetik
rata-rata partikel dalam zat. Pukullah sekeping uang logam dengan palu,
kemudian segera sentuh. Uang logam terasa hangat. Hal ini karena pukulan palu
menyebabkan partikel-partikel dalam uang logam bergerak lebih cepat dan
bertabrakan. Panaskan sebuah wadah yang berisi zat cair dalam nyala api (misal
air), misal partikel-partikel air bergerak lebih cepat, dan suhu air menjadi
lebih hangat. Jadi, suatu zat padat, cair maupun gas menjadi lebih hangat karena partikel-partikelnya bergerak
lebih cepat sehingga menghasilkan energi kinetik rata-rata partikel lebih
besar.
Berdasarkan penjelasan
diatas dapat disimpulkan bahwa suhu adalah ukuran kelajuan gerak
partikel-partikel dalam suatu benda; lebih umum, sihu adalah ukuran energi
kinetik rata-rata partikel dalam suatu benda.
Ilmuwan berusaha
mencari besaran yang langsung sebanding dengan suhu. Anda telah mengetahui
bahwa besaran yang langsung sebanding dengan suhu adalah energi kinetik tiap
partikel. Makin besar energi kinetik rata-rata partikel, makin tunggi suhunya.
Kelajuan gerak partikel
secara bertahap berkurang dengan turunnya suhu. Saat suhu mencapai kira-kira
-273,160C, gerak partikel berhenti, sehingga tidak ada lagi panas
yang dapat diukur. Jadi pada suhu ini, energi kinetik partikel sama dengan nol.
Suhu inilah yang merupakan suhu paling rendah yang mungkin dapat dimiliki suatu
benda. Suhu ini disebut nol mutlak.
Ilmuwan pertama
mengusulkan pengukuran suhu berdasarkan suhu nol mutlak adalah seorang ahli
fisika Inggris, Lord Kelvin (1824 – 1907). Skala suhu yang ditetapkannya
disebut sklala Kelvin. Suhu-suhu pada skala Kelvin diukur dalam derajat yang
disebut Kelvin, diberi lambang K (bukan 0K). Suhu terendah pada skala ini
diberi tanda O K yang sama dengan
-273,160C. Suatu kelvin (1 K) pada skala Kelvin sama dengan 10C
pada skala Celcius. Pada skala Kelvin tidak dikenal angka-angka negatif.
Kesetaraan antara angka-angka yang ditunjukkan oleh skala Celcius dan skala
Kelvin ditunjukkan pada gambar 6.4.
Hubungan antara skala
Celcius dan skala Celvin dapat
dinyatakan dengan persamaan berikut :
T
= t + 273 (6
– 2a)
Dengan
T adalah angka pada skala Kelvin dan t adalah angka pada skala Celcius.
Untuk keperluan pengukuran lebih teliti
digunakan persamaan :
T
= t + 273,16 (6
– 2b)
Kalangan
ilmuwan lebih menyenangi skala Kelvin karena skala ini tidak di kalibrasi
berdasarkan titik lebur dan titik didih, tetapi dikalibrasi berdasarkan batasan
energi yang dimiliki oleh benda itu sendiri Suhu nol mutlak berarti partikel
didalam benda sama sekali tidak memiliki energi kinetik. Jika benda A memiliki
energi kinetik tiap partikel sebasar 2 x energi kinetik tiap partikel benda B,
maka berarti suhu mutlak benda A
No comments:
Post a Comment