Suhu adalah ukuran energi kinteik rata-rata dari seluruh molekul baik benda maupun sistem. Secara sederhana suhu didefenisikan sebagai derajat panas dingin dari sebuah sistem dan benda itu sendiri.
Suatu benda dikatakan:
Bersuhu tinggi jika benda itu panas, memiliki energi kinetik molekul rata-rata yang tinggi, dan gerakan molekul yang cepat.
Bersuhu rendah jika benda itu dingin, dan memiliki energi kinetik molekul rata-rata yang rendah, dan gerakan molekul yang lambat.
Perubahan suhu dapat menyebabkan perubahan sifat benda yang disebut dengan sifat termometrik. Sifat termometrik antara lain:
Perubahan wujud
Perubahan tekanan
Perubahan ukuran
Perubahan warna (peristiwa radiasi)
Perubahan daya hantar listrik
A. Termometer
Termometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur suhu. Termometer dibuat berdasarkan sifat termometrik.
Macam-macam termometer:
Termometer raksa/klinis, didalamnya diisi raksa yang dapat memuai dan menyusut.
Termometer gas, didalamnya diisi gas hidrogen atau helium yang dapat memuai dan menyusut.
Termometer hambatan, terbuat dari platina yang kenaikan nilai hambatan listriknya berbanding lurus dengan kenaikan suhu.
Termometer paramagnetik, terbuat dari logam yang diamati sifat magnetiknya.
Termometer optik (pirometer), terbuat dari logam yang diamati perubahan warnanya.
Termometer bimetal, terbuat dari dua keping logam tipis yang tingkat kelengkungannya berbanding lurus dengan kenaikan suhu.
Termokopel (thermocouple), terbuat dari dua kawat dengan jenis logam yang berbeda dan terhubung ke amperemeter.
Skala
Termometer memiliki beberapa skala, diantaranya adalah skala Celcius, Reamur, Fahrenheit dan Kelvin. Penetapan skala termometer didasarkan atas dua titik acuan skala, yaitu titik tetap atas dan titik tetap bawah.
Titik tetap atas (TA) adalah titik didih air pada tekanan 1 atm.
Titik tetap bawah (TB) adalah titik beku air pada tekanan 1 atm
Konversi skala dapat dirumuskan:
\frac{X-X_B}{X_A-X_B}=\frac{Y-Y_B}{Y_A-Y_B}
X = suhu terukur oX Y = suhu terukur oY XA = titik atas skala oX XB = titik bawah skala oX YA = titik atas skala oY YB = titik bawah skala oX
Persamaan konversi skala secara umum dapat ditulis
Benda yang mengalami perubahan suhu dapat memuai dan menyusut. Pemuaian zat terdiri dari pemuaian zat padat, zat cair dan gas. Pemuaian zat padat yang dapat terjadi adalah pemuaian panjang, luas, dan volume.
1. Pemuaian Panjang
ΔL = L_oαΔT
L’ = L_o + ΔL
L’ = L_o(1 + αΔT)
Lo = panjang awal (m) ΔL = perubahan panjang (m) L’ = panjang akhir (m) α = koefisien muaipanjang (K-1) ΔT = perubahan suhu (K)
2. Pemuaian Panjang
Pemuaian luas dapat dirumuskan:
ΔA= A_o\beta ΔT
A’ = A_o + ΔA
A’ = A_o(1 + βΔT)
Ao = luas awal (m2) ΔA = perubahan luas (m2) A’ = luas akhir (m2) β = koefisien muai luas (K-1) ΔT = perubahan suhu (K)
3. Pemuaian Ruang
ΔV= V_o\gamma ΔT
V’ =V_o + ΔV
V’ = V_o(1 + γΔT)
Vo = volume awal (m3) ΔV = perubahan volume (m3) V’ = volume akhir (m3) γ = koefisien muai volume (K-1) ΔT = perubahan suhu (K)
4. Pemuaian pada Fluida
Volume zat cair yang mengalami perubahan suhu berbanding lurus dengan kenaikan suhu. Anomali air adalah sifat tidak teratur air yang terjadi pada suhu 0 – 4oC. Pada suhu tersebut, zat cair yang dipanaskan bukannya memuai, namun justru menyusut. Hal ini disebabkan oleh terjadinya peristiwa perubahan wujud es menjadi air.
Pemuaian gas yang dapat terjadi adalah pemuaian volume yang berhubungan dengan tekanan dan suhu. Pemuaian gas dijelaskan oleh hukum Boyle, hukum Gay-Lussac, hukum Charles, dan persamaan gas ideal.
a. Hukum Boyle
Hukum Boyle menghubungkan volume dengan tekanan gas.
Tekanan gas pada suhu konstan berbanding terbalik dengan volume gas, atau hasil kali antara tekanan dan volume gas pada suhu konstan adalah konstan.
dapat dirumuskan:
P_1V_1=P_2V_2
P = tekanan gas (Pa) V = volume gas (L)
b. Hukum Gay-Lussac
Hukum Gay-Lussac menghubungkan tekanan dengan suhu gas.
Tekanan mutlak gas pada volume konstan berbanding lurus dengan suhu mutlak gas tersebut.
\frac{P_1}{T_1}=\frac{P_2}{T_2}
P = tekanan gas (Pa) T = suhu gas (K)
c. Hukum Charles
Hukum Charles menghubungkan volume dengan suhu gas.
Volume gas pada tekanan konstan berbanding lurus dengan suhu mutlak gas tersebut.
\frac{V_1}{T_1}=\frac{V_2}{T_2}
V = volume gas (Pa) T = suhu gas (K)
Persamaan gas ideal adalah gabungan dari ketiga hukum di atas, dimana tidak ada variabel yang dijaga konstan.
Termometer adalah instrumen yang digunakan untuk mengukur suhu suatu benda. Nama termometer diserap dari bahasa latin yakni Thermo: Panas dan Meter merujuk pada alat yang digunakan mengukur.
Termometer yang paling sederhana yang dikenal manusia adalah termometer alkohol dan termometer raksa. Kedua bahan ini memiliki kepekaan yang cukup baik terhadap perubahan panas pada suhu-suhu rendah. Selain itu harganya yang relatif murah membuat pembuatan tidak membutuhkan banyak biaya. Hasilnya kita bisa dengan mudah menemukan dua termometer di mana saja.
Termometer di samping menunjukkan sebuah termometer ruang yang diletakkan pada ruangan bersuhu 0oC yang setara dengan suhu 32oF. Termometer di samping menggunakan alkohol sebagai bahan yang digunakan untuk menunjukkan perubahan energi panas di sekitar lingkungan Termometer. Namun tidak hanya zat cair, hampir semua jenis bahan dan wujud bahan memiliki karakteristik yang unik terhadap perubahan energi panas.
A. Sejarah Termometer
Kalor pertama kali didefenisikan secara abstrak oleh orang-orang Yunani pada abad 2 sebagai energi panas yang mengalir. Energi ini sudah dimanfaatkan dalam banyak hal termasuk dalam perang abad ke 6 oleh bangsa Roma yang menggunakan cermin cekung untuk membakar perahu musuh yang masih di tengah laut. Namun proses pengukuran suhu yang menjadi indikator kalor baru dilakukan 9 abad kemudian.
1. Termoscope Galileo
Rudimentary Water Thermoscope
Galileo menjadi orang yang pertama melakukan pengukuran suhu menggunakan Termoscope pada tahun 1593. Temorskop ini disebut sebagai Rudimentary Water Thermoscope yang belum memiliki skala angka dan prinsip kerja yang berbeda dengan termometer cairan modern.
Prinsip kerja dari Termoskop Galileo memanfaatkan prinsip perubahan massa jenis dari zat cair yang berbeda terhadap suhu. Sejumlah zat cair yang massa jenisnya sedikit lebih berat dari air dimasukkan ke dalam balon. Setiap balon diisi dengan massa yang berbeda. Ketika dipanaskan zat cair ini memuai lebih cepat dari air sehingga massa jenis lebih ringan dari zat cair. Untuk menunjukkan suhu yang berbeda, Galileo menempatkan massa zat cair yang berbeda dengan warna yang berbeda untuk melihat perubahan suhu. Semakin banyak balon yang mengapung semakin tinggi suhu yang diukur.
Kekurangan dari termometer ini adalah ketidakmampuan mengukur suhu yang detail karena jumlah skalanya bergantung dari jumlah balonnya. Ukuran termometer yang kecil membuat ruang terbatas untuk menampung sejumlah balon yang dimasukkan ke dalam tabung.
2. Termometer Santorio
Termometer pertama yang dirancang dengan skala Angka pertama kali dikembangkan oleh Santorio. Santorio menggunakan termometer untuk mengamati suhu tubuh pasiennya.
Termometer Santorio dirancang memanfaatkan konsep pemuaian dari zat cair ketika dipanaskan. Sejumlah alkohol dimasukkan ke dalam pipa kapiler yang meliuk. Pipa kemudian diberi skala garis dimana perubahan suhu akan membuat cairan didalamnya memuai. Pemuaian ini bergantung dari suhu tubuh pasien yang dimasukkan ke dalam mulut.
Kekurangan dari Termometer Santorio ini adalah tidak adanya standar skala yang digunakan. Termometer hanya dikembangkan untuk digunakan sendiri berdasarkan catatan pengobatan yang ia lakukan.
3. Termometer Fahrenheit
Termometer dengan skala modern pertama dikembangkan oleh Daniel Gabriel Fahrenheit pada tahun 1714. Termometer dikembangkan menggunakan air raksa yang disusun dengan skala yang terstandarisasi. Standar skala yang digunakan pun mulai dari dari 0oF sampai 100oF. sama seperti kebanyakan alat ukur.
Lantas mengapa standar Skala Fahrenheit yang kita kenal saat ini dimulai dari 32oF sampai 212oF?
Hal ini karena kebanyakan pengukuran skala modern menggunakan standarisasi titik didih dan titik beku air. Nilai tersebut adalah hasil konversi skala ke standar air.
Fahrenheit pertama kali merancang termometernya di Danzig, sebuah daerah yang ada di sekitar laut Balkan. Fahrenheit kemudian membuat termometer dengan skala paling bawah diambil dari suhu udara paling rendah saat itu di Danzig. Jauh sebelum pemanasan global terjadi, suhu terendah di Danzig kemudian dilabeli 0oF. Setelah itu batas atas dari suhu ini kemudian dipilih suhu tubuh rata-rata orang sehat. Batas ini dilabeli angka 100oF. Maka jadilah suhu Fahrenheit pertama.
Pada perkembangannya, skala suhu pada termometer Fahrenheit ini berubah karena semakin majunya ilmu pengukuran. Hasil koreksi ini menunjukkan suhu rata-rata tubuh manusia normal adalah 98,6oF.
4. Termometer Centigrade
Termometer Centigrade (Skala seratus) pertama kali dikembangkan oleh Anders Celcius yang namanya diabadikan menjadi nama Skala Suhu dalam Centigrade. Pada awalnya termometer Celcius dibuat dengan skala terbalik yakni suhu 100oC untuk menunjukkan titik es mancair dan semakin turun menjadi 0oC untuk menunjukkan titik didih air. Pengukuran tersebut dilakukan pada keadaaan pada ketinggian 0 mdpl dengan ketinggian 1 atm.
Prinsip kerja yang digunakan sama persis dengan termometer Fahrenheit yakni menggunakan konsep pemuaian zat cair. Pada perkembangan penggunaan termometer ini, suhu yang terbalik ini dianggap menyulitkan dalam perhitungan di beberapa bidang terutama kajian fisika, pada akhirnya skalanya kemudian di balik sebagaimana yang kita kenal saat ini.
B. Termometer Zat Cair
Sebagaimana penjelasan mengenai sejarah pengembangan termometer, mayoritas termometer dikembangkan dengan pemanfaatan sifat pemuaian zat. Sifat ini adalah sifat dimana zat akan mengalami perubahan bentuk semakin besar (volume) ketika dipanaskan.
Agar lebih mudah untuk diamati, cairan ini dimasukkan ke dalam pipa kapiler yang sangat sempit sehingga pemauiannya hanya dianggap terjadi ke satu dimensi saja yakni dimensi panjang. Sekalipun naiknya ketinggian zat cair (misal alkohol atau air raksa) terjadi karena perubahan volume.
Perubahan ketinggian ini kemudian bisa dihitung dengan persamaan muai panjang yakni
l_T=l_0(1+αΔ T)
Ket : lT : Panjang pada saat T (m) l0 : Panjang awal (m) α : Koefisien muai panjang (oC-1) ΔT : Perubahan Suhu (oC)
Misalkan sebuah termometer dirancang menggunakan alkohol dengan koefesien muai α = 0,0011 /oC. Tentukan ketinggian awal alkohol agar perubahan panjangnya menunjukkan skala 10 cm untuk 100oC!
Solusi
10 =l_0(1+(0,0011)(100))
l_0=\frac{10}{1,11} = 9,009009 \ cm
Studi kasus
Misalkan budi mengukur suhu es mencair tepat pada suhu 0oC sampai suhu-nya naik sampai 30oC, di kesempatan lain, Budi mengukur suhu minyak goreng yang dipanaskan dari suhu 30oC hingga naik ke 60oC.
Tentukan perubahan panjang dari masing-masing kasus tersebut lalu buatlah kesimpulan dan solusi dari masalah yang mungkin saja anda temukan setelah menganalisis kasus!
AhmadDahlan.Net – Pernahkah kalian menggunakan termometer untuk mengukur suhu? Apabila pernah, pernah, hasil pengukuran yang kalian peroleh tentunya menggunakan derajat Celcius. Hal ini dikarenakan termometer yang kita gunakan merupakan termometer skala Celcius. Bagaimana hasil pengukuran kalian jika menggunakan termometer skala Fahrenheit atau Reamur? Untuk menjawab hal tersebut, perhatikan penjelasan berikut.
A. Pengertian Suhu
Suhu merupakan ukuran derajat panas dingin nya suatu benda atau sistem. Alat yang digunakan untuk mengukur suhu adalah termometer. Pada umumnya terdapat empat jenis skala pada termometer, yaitu termometer skala Celcius, Fahrenheit, Reamur, dan Kelvin.
Berikut perbandingan titik didih dan titik beku dari masing – masing termometer.
Jenis Termometer
Titik Didik
Titik Beku
Selisih
Perbandingan
Celcius
100 0C
0 0C
100
5
Reamur
80 0R
0 0R
80
4
Fahrenheit
212 0F
32 0F
180
9
Kelvin
373 K
273 K
100
5
Untuk mengkonversi suhu, kita menggunakan perbandingan selisih titik didih dan titik beku dari tiap termometer.
B. Persamaan Konversi Suhu
1. Skala Celcius
Untuk mengkonversi suhu ke derajat Celcius digunakan persamaan :
^0C=\frac{5}{perbandingan\ ^0Y}×\ ^0Y
Untuk mengkonversi derajat Celcius ke derajat suhu yang lain digunakan persamaan :
^0X=\frac{perbandingan\ ^0X}{5}×\ ^0C
2. Skala Reamur
Untuk mengkonversi suhu ke derajat Reamur digunakan persamaan :
^0R=\frac{4}{perbandingan\ ^0Y}×\ ^0Y
Untuk mengkonversi derajat Reamus ke derajat suhu yang lain digunakan persamaan :
^0X=\frac{perbandingan\ ^0X}{4}×\ ^0R
3. Skala Fahrenheit
Untuk mengkonversi suhu ke derajat Fahrenheit digunakan persamaan :
^0F=(\frac{9}{perbandingan\ ^0Y}×\ ^0Y)+32
Untuk mengkonversi derajat Fahrenheit ke derajat suhu yang lain digunakan persamaan :
^0X=(\frac{perbandingan\ ^0X}{9}×\ ^0F)-32
4. Skala Kelvin
Untuk mengkonversi suhu ke derajat Kelvin digunakan persamaan :
K=(\frac{5}{perbandingan\ ^0Y}×\ ^0Y)+273
Untuk mengkonversi derajat Kelvin ke derajat suhu yang lain digunakan persamaan :
^0X=(\frac{perbandingan\ ^0X}{5}×\ K)-273
Keterangan, 0Y : besar suhu yang telah di ketahui 0X : besar suhu yang ingin di konversi
5. Skala X
Sebelumnya, kita telah mengetahui cara mengkonversi suhu ke derajat Celcius, Reamur, Fahrenheit, dan juga Kelvin. Bagaimana jika kita ingin mengkonversi suhu ke derajat X (derajat skala tidak diketahui)? Untuk mengetahui hal tersebut, kita harus membandingkan 2 buah termometer. Berikut persamaan yang digunakan untuk mengokonversi suhu dengan skala tidak diketahui
\frac{X-A}{B-A}=\frac{Y-C}{D-C}
Keterangan, X : skala yang ditunjuk oleh termometer 1 (X) A : titik beku termometer 1 (X) B : titik didih termometer 1 (X) Y : skala yang ditunjuk oleh termometer 2 (Y) C : titik beku termometer 2 (Y) D : titik didih termometer 2 (Y)
C. Contoh Soal
Sebuah termometer dengan skala 0X memiliki titik beku air pada -40 0X dan titik didih air 160 0X. Hasil pengukuran suhu yang diperoleh menggunakan termometer X adalah 15 0X. Maka besar suhu menggunakan termometer celcius adalah ?
Pembahasan
Dik : Termometer 1 adalah termometer X dan termometer 2 adalah termometer Celcius
Untuk Termometer X X = 15 0X A = -40 0X B = 160 0X
AhmadDahlan.NET – Mari kita asumsikan terlebih dahulu nilai kalor jenis dari zat cair konstan terhadap perubahan temperatur dan terjadi pada proses isometrik.
Air bermassa m dengan suhu 15,5oC dicampurkan dengan air bermassa m dengan suhu 14,5oC. Suhu air campuran dapat diketahui dengan menggunakan asas Black.
1. Qlepas = Qterima
Qlepas = Qterima
m Cair ΔTlepas = m Cair ΔTterima
T15,5 – Tx = Tx – T14,5
2Tx = 15,5oC + 14,5oC
Tx = 15oC
2. – Qlepas = Qterima
– Qlepas = Qterima
– m CairΔTlepas = – m Cair ΔTterima
– (Tx – T15,5) = Tx – T14,5
– Tx + T15,5 = Tx – T14,5
2Tx = 15,5oC + 14,5oC
Tx = 15oC
Secara matematis kedua metode yang digunakan menghasilkan nilai yang sama yakni 15oC. Hanya terdapat perbedaan Qlepas = Qterima yang menghasilkan T15,5 – Tx dan Qlepas = Qterima dan menghasilkan tinjauan perubahan temperature – (Tx – T15,5).
T15,5 – Tx berasal dari asumsi bahwa kalor yang lepas sama dengan kalor yang dierima dimana kalor merupakan energi yang mengalir. Asumsi ini menghasilkan presepsi jika kalor akan selalu berbentuk positif tanpa ada nilai negatif sehingga Suhu yang tinggi akan selalu dikurang dengan dengan suhu yang rendah.
– (Tx – T15,5) berasal asumsi bahwa kalor yang lepas ditandai dengan negatif. Tanda negatif ini menunjukkan bahwa kalor pada benda bersuhu tinggi kehilangan kalor (- Qlepas) ke benda bersuhu rendah, sehingga di benda bersuhu rendah bernilai positif.
Secara matematis posisi Tx ini adalah posisi ke dua setelah proses pencampuran terjadi sedangkan T15,5 adalah suhu awal sebelum dicampur. Hal ini sudah sesuai dengan kaidah ΔT yakni T2-T1.
Formula Matematis Pemodelan Fisis
Fisika adalah disiplin ilmu yang mempelajari fenomena alam dalam bentuk pemodelan untuk menemukan hukum, prinsip, konsep, teorema, dan potsulat yang berlaku pada fenomenan tersebut.
Dalam memudahkan proses memahami fenomena tersebut, diformulasikan bahasa matematika digunakan untuk memudahkan analsisi data. Dalam proses formulasi matematis, ada banyak batasan yang diberikan untuk membuat generalisasi yang diterima secara umum, namun untuk menghitung pada kejadian asli melalui pemodelan matematis, dibutuhkan banyak variable yang ikut mengambil bagian dalam menentukan nilai dari besaran yang dihitung.
Pada varibel yang nilainya terlalu kecil dan tidak berpengaruh pada hasil perhitungan, maka nilai-nilainya dapat diabaikan.
1. Asas Black
Asas Black menjelaskan fenomena mengenai pencampuran dua buah benda dengan beda suhu. Adapaun prinsip-prinsip pada Asas Black adalah :
Jika dua buah benda dengan berbeda suhu dicampurkan maka benda dengan suhu lebih tinggi akan memberikan kalornya ke benda bersuhu lebih rendah sampai suhunya sama.
Jumlah kalor yang diserap benda dingin sama dengan jumlah panas yang dilepas oleh benda bersuhu tinggi.
Jumlah kalor yang dilepas oleh bend ayang bersuhu rendah akan sama besarnya dengan kalor yang dibutuhkan untuk memanaskan benda tersebut kembali ke suhu awalnya.
Dengan demikian dapat disimpulkan Defenisi Asas Black adalah :
“Jika dua benda berbeda dicampurkan, maka benda bersuhu tinggi akan melepas kalor yang diserap ke benda sehubu rendah sampai suhu kedua benda tersebut sama”
Karena tidak ada tanda negatif dari benda melepaskan maka bentuk matemtais dari asas Black adalah :
Qlepas = Qterima
Namun dalam kajian-kajian termodinamika dibuat kesepakatan jika benda panas kehilangan sejumlah kalor benda bersuhu panas, maka besar Q diberi simbol Negatif. Kendati kalor tidak ada yang bernilai negatif, tanda ini hanya ini memebri penjelasan jika sistem sedang kehilangan sejumlah energi dalam bentuk panas yang ditandai dengan penurunan suhu. Secara matematis pernyataan ini jika dihubungkan dengan asas black adalah :
– Qlepas = Qterima
2. Kalor
Air yang di ember, es yang ada di dalam kulkas dan awan yang ada di atas langit (kita asumsikan awannya terdiri dari uap air) adalah bentuk partikel dengan fasa dan energi yang berbeda. Hal ini dapat dilihat jika Es yang ada di dalam kulkas dikeluarkan kemudian dipanaskan maka fasa akan sama dengan air yang ada diember.
Jika pemanasan diberikan tidak dikondisikan maka ada kemungkinan suhu dari air akan berbeda. Jika pemanasan dilakukan cepat dan hanya ingin melihat es mencair menjadi air secara keseluruhan (kalor lebih sedikit) maka suhu air yang akan lebih rendah dari suhu air yang ada di ember. Jika dilakukan lebih lama maka suhunya akan lebih tinggi dari air yang lebih air di dalam ember.
Pada saat es dikeluarkan dari dalam kulkas dan dibiarkan dalam waktu yang cukup lama, kondisi akan mencair dan akan memiliki temperatur yang sama dengan air yang ada di dalam ember. Hal ini akan terjadi lebih cepat terjadi jika es masukkan ke dalam ember.
Hal yang membuat suhu es ini meningkat adalah kalor yang diserap udara yang suhu lebih tinggi dari es, jika dicelupkan maka suhu dari air yang ada di dalam ember. Kalor ini dapat didefenisikan sebagai energi yang mengalir ke benda. Segera setelah suhu ke dua benda ini sama maka tidak ada kalor yang saling bertukar.
Asumsi kalor hanya dapat ditinjau pada saat energi panas mengalir ini menjadi sebuah keharusan bahwa kalor akan keluar dan masuk dari satu lingkungan ke sistem. Setelah masuk ke dalam sebuah benda. Kalor tidak akan bisa lagi ditinjau kecuali jika benda kembali menyerap atau melepas panas.
Tentu saja, kalor dalam hal ini sulit untuk diamati pada kondisi rendah, jika kalor diberikan terlalu besar maka benda akan berpendar namun pendaran yang terlihat ini adalah emisi dari energi yang dimiliki benda karena suhu benda terlalu tertinggi, namun tanpa suhu tinggi inetraksi dalam bentuk energi yang mengalir dari lingkungan dan sistem tetap bisa terjadi.
Sekalipun tidak bisa terlihat, kita bisa membuat indikator yang dapat diamati ketika terjadi perubahan energi pada benda. Indikator tersebut adalah Temperatur. Sekalipun memiliki hubungan yang erat, kalor dan suhu adalah dua konsep yang berbeda.
Misalkan pemberian kalor pada reservoir panas, tidak merubah suhu benda tersebut akan tetapi energi dalam pada benda tersebut meningkat. Dari penjelasan ini kita dapat defenisikan bahwa kalor akan selalu bernilai positif, kecuali jika kita membuat kesepakatan dalam memilih acuan dari suatu fenoemman. Misalnya saja acuan sistem-lingkungan.
Dengan demikian baik Kalor lepas dan Kalor terima dalam persamaan Asa Black prinsipnya hanya akan disimbolkan pada Qlepas dan Qterima akan bertanda positif karena prinsipnya kalor selalu mengalir dari benda bersuhu tinggi ke rendah.
Qlepas = Qterima makna fisi dari persamaan ini adalah dua kejadian yang terjadi secara bersamaan dengan masing-masing tinjauan berdasarkan suhunya.
AhmadDahlan.NET – Karakteristik fisik dari sebuah benda pada tingkat atom penyusunnya sangat dipengaruhi oleh energi yang ada pada benda itu sendiri. Penambahan energi luar akan membuat perubahan keadaan pada materi itu sendiri.
Pemuaian
Sebuah benda diberikan energi panas akan membuat energi kinetik dari atom-atom tersebut bertambah. Pada benda padat, atom yang cenderung kaku ketika dipanaskan akan bergetar lebih cepat sehingga jarak antar satu atom dan lainya bertambah. Jika semua pertambahan panjang pada tingkat atom ini diakumulasikan maka akan didapatkan pertambahan panjang dari materi yang dapat diamati. Hal ini disebut sebagai pemuaian termal atau pertambahan panjang karena kenaikan suhu.
Pada dasarnya sebenarnya pertambahan panjang akan terjadi ke semua arah tidak hanya x (panjang) sama tapi juga pada arah y dan z, namun mari kita ambil acuan pada titik x saja. Pertambahan panjang dari sebuah zat yang dipanaskan akan semakin besar jika samakin banyak atom yang dipanaskan dengan persamaan :
Δl = α lo ΔT
dimana
Δl : Pertambahan panjang (m)
α : Koefisien muai panjang (Co-1)
lo : Panjang mula-mula (m)
ΔT : Perubahan suhu (Co)
α merupakan karakteristik khusus yang nilai bergantung dari karakteristik fisik sebuah unsur atau senyawa berdasarkan perubahan panas yang dialami. Meskipun nilainya tidaklah konstan pada seluruh suhu namun pada suhu rendah, perubahan panjang dapat dianggap dianggap linier sehingga α memiliki nilai konstan.
Adapun nilai-nilai α dari berbagai benda pada suhu 20oC ditunjukkan pada table berikut :
Materi
Koefisien Muai Linier (α)
Koefisien Muai Volume (γ)
Besi
12 x 10-6
35 x 10-6
Emas
14 x 10-6
42 x 10-6
Aluminium
25 x 10-6
75 x 10-6
Timah
29 x 10-6
87 x 10-6
Beton
≈12 x 10-6
≈36 x 10-6
Kuarsa
0,4 x 10-6
1 x 10-6
Raksa
180 x 10-6
Bensin
950 x 10-6
Air
210 x 10-6
Udara (STP)
3400 x 10-6
Contoh Kasus :
Sebuah jembatan disusun dari beberapa alas baja dengan panjang 10 m pada suhu 20oC. Berapakah jarak minimum antara baja jika perbedaan suhu pada malam hari adalah 15oC dan siang hari 33oC!
AhmadDahlan.NET – Secara sederhana suhu (temperatur) dapat diartikan sebagai derajat panas dan dingin dari suatu zat. Manusia bisa dengan mudah mengesan suhu dari lingkngan dan benda seperti Ice Cream itu dingin, soto ayam itu hangat atau air mendidih itu panas.
Hanya saja, kesan yang dirasakan manusia itu relatif dan sifatnya subjektif. Misalkan saja pada saat kita berwisata di daerah pegunungan yang lumayan dingin. Mungkin saja kita butuh jaket yang tebal agar bisa menyesuaikan diri dengan suanan lingkungan sekitar namun bagi penduduk lokal, suhu yang mereka alami ini biasa saja.
A. Pengertian Suhu
Derajat panas dan dingin suatu benda tidaklah cukup dijadikan defenisi baku dari suhu karena hal ini bersifat subjektif. Agar defenisi lebih operasional, suhu dapat didefenisikan sebagai besaran yang diukur dengan termometer sebagaimana banyak besaran fisika lainnya yang bisa dengan mudah didefenisikan dari cara besaran tersebut diukur.
Indera Manusia memiliki sensitifitas yang sangat terbetas dalam mengesan suhu. Misalkan kita baru saja mengambil dua buah es batu dari kulkas yang berbeda yakni dari kulkas industri yang bisa menurunkan suhu di dalam frezenya sampai -15oC dan kulkas rumahan yang hanya mampu menurunkan suhu sekitar -5oC.
Kita tentu saja tidak membedakan es mana yang keluar dari kulkas rumahan dan kulkas insutri hanya dengan memanfaatkan tangan kita, lebih tepatnya lapisan kulit yang berperan sebagai indera peraba manusia. Praktis manusia hanay bisa merasakan rasa sakit selian rasa dingin ketika terlalu lama memegang ke dua es tersebut.
Kedua benda tersebut berada pada suhu di bawah 0oC dan kita sama-sama sepakat suhu ini sama-sama dingin. Hanya saja dari sudut pandang energi, kita bisa saja dengan mudah menyebutkan bahwa suhu salah satu es jauh lebih panas dibandingkan dengan es yang lainnya.
Perbedaan 10oC pada kedua es tersebut ternyata berasal dari perbedaan energi panas masing-masing es. Jika saja massa dari kedua es tersebut sama-sama 1 kilogram, maka terdapat perbedaan energi panas sebesar 21.000 Joule dari kedua es ini.
Lantas apa yang dimasuk dengan temperatur?
Suh adalah indikator energi kinetik tingkat partikel yang dimiliki dari suatu benda. Selama sebuah benda masih bergetar maka akan selalu memiliki energi panas pada benda tersebut, sekalipun suhunya -100oC.
Atom-atom penyusuan dari sebuah materi akan terus meneur bergetar. Getaran ini dalam bentuk energi kinetik dan setiap benda yang bergetar akan menghasilkan gesekan yang membentuk energi panas.
Semua atom-atom benda bergetar, tidak hanya zat cair dan udara. Benda padat yang terlihat kaku dan diam saja juga memiliki atom-atom yang bergetar. Kecepatan getar dari atom-atom tersebut bergantung dari suhunya. Semakin tinggi suhu dari benda tersebut, semakin besar getarannya.
Pada zat mengalir (Fluida), partikel fluida, baik dalam bentuk atom maupun senyawa, bergetar dengan tingkat energi yang relatif lebih tinggi dibandingkan dengan benda padat. Selain energi kinetik, ada gaya yang menghubungkan antar satu partikel dengan partikel lainnya. Gaya tarik antar partikel pada fluida lebih rendah dibandingkan dengan zat padat.
Gaya tarik yang lemah ini membuat partikel bergetar dengan lebih cepat yang secara otomatis membuat energi kinetiknya lebih tinggi. Ketika sejumlah kalor diberikan lagi ke dalam fluida maka energi tersebut akan diserap oleh partikel. Akibatnya getaran dan gerakannya semakin cepat. Ketika gerakan sudah cukup cepat, maka partikel sudah punya cukup energi untuk lepas dari ikatan antar partikel dalam wujud cair membuat partikel terlepas dan terpisah. Partikel ini selanjutnya disebut wujud gas.
Demikian pula sebaliknya, jika sejumlah energi panas keluar dari benda tersebut, maka gerakan partikel penyusun benda akan lebih sedikit, sampai akhirnya akan lebih lemah dari gaya ikat antar partikel. Dalam kondisi benda akan memiliki wujud padat. Meskipun dalam wujud padat bukat berarti partikel-partikel penyusun benda tersebut diam. Pada tingkat mikroskopik, partikel ini tetap bergetar dan getaran menghasilkan panas yang diindikasi sebagai suhu benda.
Penambahan energi pada suatu materi akan menunjukkan berbagai macam perubahan fisis. Pada metal misalnya, penambahan panas akan membuat jarak antar satu atom dan atom lainnya menjadi lebih renggang. Jika total tari renggangan ini dijumlahkan, maka dimensi panjang dari zat padat ini akan mengalami pertambahan panjang dan hal ini disebut pemuaian. Namun tidak semua panas akan membuat logam memuai, sebagaian dari panas tersebut jika cukup panas akan dipancarkan dalam bentuk radiasi, sebagaimana logam tungsen ketika dipanaskan atau baja yang sedang ditempa akan terlihat berpendar.
B. Termometer
Termometer adalah istilah yang merujuk pada alat yang digunakan untuk mengukur suhu suatu benda. Bentuknya berbagai macam, tergantung dari suhu dan objek yang akan diukur.
Setiap zat memiliki perubahan yang unik ketika mengalami perubahan suhu. Perubahan ini berbeda-beda tergantung dari karakteristik zat itu sendiri. Misalkan saja Aluminium dan Baja, ketika dipanaskan dan menhalami perubahan suhu yang sama, perubahan panjang (pemuaian) dari kedua logam ini berbeda. Aluminium memuai lebih panjang dibandingkan dengan baja.
Jika dua logam ini ditempelkan satu sama lain maka perubahan panjang tidak akan lurus ke satu arah saja tapi lebih cenderung melengkung ke arah baja karena koefisien muai panjang baja lebih rendah dibandingkan dengan aluminium. Konsep ini selanjutnya digunakan untuk menunjukkan perubahan suhu dengan meletakan jarum di bagian ujung logam campuran.
Berdasarkan hasil percobaan di laboratorium, koefisien muai panjang dari Aluminium adalah 0,000024/K sedangkan baja adalah 0,000012/K Hal ini berarti jika sebatang Aluminium sepanjang 1 meter ketika dipanaskan sekitar 1oC hanya akan mengalami perubahan sebesar 0,000024 meter atau 0,0024 cm. Perubahan ini tentu saja sangat sulit diamati oleh mata telanjang manusia dengan demikian Bimetal tidak begitu baik digunakan sebagai bahan termometer yang mengukur perubahan suhu-suhu kecil.
Dalam upaya membuat termometer yang digunakan untuk menunjukkan perubahan suhu yang kecil maka dicari benda dengan karakteristik koefisien muai panjang lebih besar dibandingkan logam. Sebagaimana yang kita kenal sekarang zat termometer yang digunakan pada pengukuran suhu-suhu sekitar suhu kamar sampai air mendidih ada dua yakni Raksa dan Alkohol.
Kedua zat tersebut mampu menunjukkan perubahan yang signifikan dengan sedikit perubahan suhu. Karakteristik ini yang dijadikan alasan menjadikan dua zat ini sebagai bahan termometer. Cara pembuatan terbiang sederhana yakni hanya dengan membuat pipa kapiler yang sangat tipis sehingga pemuaian zat luas dan voluem zat dapat diabaikan dan hanya pemuaian panjang yang dapat diperhitungkan.
Demikian pula halnya untuk mengukur suhu-suhu yang sangat tinggi seperti pada saat logam sudah mencari karena pasannya, maka logam tidak lagi digunakan sebagai bahan pembuat termometer. Dibutuhkan konsep baru dalam pembuatan termometer seperti radiasi benda bersuhu tinggi. Besar Radiasi yang dipancarkan benda ternyata berbanding lurus dengan suhu pangkat 4, maka hal ini bisa dijadikan indikator pengukuran suhu.
Tentu saja saja tidak mungkin mengukur suhu matahari dengan termometer batang, karena kita akan kesulitan mencelupkan termometer tersebut dipermukaan matahari dan yang kedua suhu permukaan matahari yang mencapai 6000 oC sangat tinggi dan bisa melelehkan benda pada saja yang dibawa dari bumi ketika menyentuh permukaannya.
C. Skala Pada Termometer
Skala pada termometer dibuat berdasarkan dua hal yakni berdasarkan penemunya dan berdasarkan nilai mutlak. Pada skala termometer yang dimabil dari penemunya, skalanya berlaku secara umum namun konsep yang digunakan dalam membuat desain termometer sifanya lebih subjektif. Contoh skala-skala ini adalah Celcius, Fahrenheit dan Reamur.
Konsep skala termometer lainnya diambil berdasarkan nilai mutlak yakni dengan asumsi panas yang diindikasi oleh suhu adalah bentuk energi yang nilainya selalu ada maka tidak akan pernah ada keadaan dimana energi suatu objek bernilai negatif. Bentuk energi paling minimal adalah 0 sedangkan simbol negatif energi hanya dapat berarti bahwa sejumlah energi keluar sebuah kerangka acuan. Kerangka acuan boleh jadi sistem, lingkungan ataupun semesta.
Skala yang diambil berdasarkan nilai mutlak ini ada dua yakni Kelvin dalam sistem Metrik dan Rankine dalam sistem BTU atau British Termal Units.
Fakta Unik – Skala suhu dalam sistem British Thermal Units (BTU) adalah Fahrenheit dan sistem ini digunakan oleh Amerika Serikat, sedangkan Inggris sendiri menggunakan skala Celcius.
1. Termometer Celcius
Derajat Celcius (oC) merupakan satuan suhu yang dijadikan standar pengukuran untuk skala Centigrade atau SI. Skala ini diperkanalkan oleh Anders Celcius (1701-1744) namun nama Celcius baru dijadikan skala pada termometer pada tahun 1948 untuk menghormati atas penemuannya.
Konsep yang digunakan Celcius dalam mendesain termometernya adalah air tepat membeku dan air tempat akan mendidih. Sebatang Termometer berisi raksa dicelupkan pada es yang tepat mencair kemudian ditandai sebagai batas atas termometer. Titik ini ditandai dengan nilai 100oC. Selanjutnya air dipanasakan sampai akhirnya mendidih. Titik didih air ini ditandai sebatas batas bawah termometernya dengan nilai 0oC. Pengukuran tersebut dilakukan pada tekana satu 1 atm.
Jarak yang terpisah 100 nilai ini dipilih karena pada masa itu semua alat ukurn standari disusun dengan skala kelipatan 10, seperti 1 meter yang tidak lain adalah 100 cm atau 1 kg yang tidak lain 1000 g.
Jeans-Pierre Christin menganggap bahwa skala tersebut tidak praktis karena energi yang bertambah pada air justru menunjukkan penurunan suhu. Tahun 1743, Christin kemudian membalik skala ini dimana air tepat membeku pada suhu 0oC dan tepat mendidik pada suhu 100oC.
2. Termometer Fahrenheit
Derajat Fahrenheit (oF) adalah satuan suhu yang digunakan di Amerika Serikat. Skala ini diperkenalkan oleh Daniel Gabriel Fahrenheit (1686–1736). Suhu ini dianggap tidak lazim karena keluar dari kebiasaan umum dimana alat ukur kebanyakan menggunakan angka 0o sebagai batas bawahnya termasuk untuk dua skala lainnya yakni Reamur dan Celcius. Es mulai mencair sendiri berada pada titik 32oF dan mendidih pada suhu 212oF. Padahal Fahrenheit sebenarnya tetap menggunakan konsep 0o dan 100o pada pembuatan skalanya hanya saja acuannya berbeda.
Fahrenheit memilih titik bawah (0oF) pada skalanya dengan mengambil suhu paling rendah pada musim dingin di daerah Danzig, Polandia sekitar tahun 1708 sampai 1709. Danzig sendiri adalah daerah asal Fahrenheit dan tempat dia membuat skala termometernya. Suhu 100oF diambil dari suhu tubuh rata-rata orang sehat. Titik ini kemudian dijadikan standarisasi skala Fahrenhit.
Beberapa tahun berikutnya Skala ini dikoreksi sedikit mengingat suhu terdingin di Danzig setiap tahun mengalami peningkatan karena pemasan Global. Koreksi ini dilakukan dengan cara membuat batas bawah dari campuran Air, Es, garam laut dan Amonium Clorida yang nilainya lebih rendah 2oF hal ini membuat batas atasnya juga berubah yang tadinya orang sehat ada pada skala 100oF kini menjadi 98oF. Pada tahun 2021 saja suhu terendah di Danzig yang tercatat hanya berada pada 24,8 oF, sudah tidak sedinging ketiak Fahrenheit masih hidup 3 abad yang lalu.
Setelah tulisan dari Andres Celcius populer tentang Titik Acuan Termometer, Skala pada termometer Fahrenheit kemudian dikaliberasi dengan skala Celcius dan hasilnya didapatkan bahwa titik Air tepat mencari pada tekanakn satu atmosfer (0oC) setara dengan titik 32oF sedangkan air mendidih (100oC) setara dengan 212oF. Dengan demikian 100 celcius derajat serara dengan 180 fahrenheit derajat.
Catatan : Penyebutan skala yang dimulai dari derajat, seperti derajat Celcius menunjukkan titik, misalnya 15 derajat Celcius berarti berada diantara 14 derajat Celcius dan 16 derajat Celcius sedangkan Celcius Derajat menunjukan interval skala misalnya 3 celcius derajat itu bisa jadi dari 7 derajat celcius ke 10 derajat celcius ataupun dari 121 derajat celcius ke 124 celicus derajat.
Konversi Satuan Fahrenheit-Celcius
Kaliberasi skala ini kemudian bisa dijadikan acuan konversi skala Fahrenheit ke Celcius yakni dengan ilustrasi sebagai berikut :
Menentukan Kalorimeter Zat Padat Menggunakan Kalorimeter Sederhana
B. Dasar Teori
Kalor jenis dapat diartikan sebagai banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 gram sebanyak 1ocelcius. Setiap benda memiliki kalor jenis mereka masing-masing, dan hal tersebut bergantung dari karakteristik materi dari benda itu sendiri.
No
Nama Zat
Kalor Jenis (J/kgoC)
1.
Air
4. 180
2.
Alkohol
2. 450
3.
Es
2.100
4.
Besi
450
5.
Raksa
150
Kalor yang dibutuhkan untuk memanaskan dinyatakan dalam satu Joule atau callori dinyatakan :
Q= m.C.ΔT
Dimana Q adalah jumlah kalor, m adalah massa benda yang dipanaskan, C adalah Kalor jenis dan ΔT adalah besar kenaikan suhu.
Untuk mengukur kalo rjenis suatu zat, dibutuhkan bantuan kalorimeter dengan menggunakan prinsip perhitungan berdasarkan Azas Black, dimana Kalor yang dilepas sama dengan kalor yang diterima.
Secara matermatis dapat dituliskan
Qlepas = QTerima
mbCb(Tb-Tc) = maCa(Tc-Ta) + maCa(Tc-Ta)
C. Alat dan Bahan
Kalorimeter
Neraca 311
Kubus Zat Padat
Termometer Batang
Termometer Gun
Air
Bunsen Burner
Kaki tiga dan kawat kasa
Pinset
D. Prosedur Kerja
Ukurlah massa zat padat
Ukurlah massa kalorimeter kosong tanpa air
Masukkan 50 mL air lalu timbang lalu ukur massa totalnya
Pasang termometr dan masukkan ke dalam bejana pelindung Kalorimeter, catat suhu air sebagai T1.
Panaskan zat pada sampai 15 menit, kemudian ukur suhunya dnegan termometer Gun lalu catat sebagai suhu T2.
Masukkan zat padat ke dalam air dengan bantuan pinset.
Segera tutup termometer lalu aduk-aduk denga pengaduk sampai suhu stabil. Setelah stabil catat suhu tersebut sebagai suhu campuran.
Ulangi langkah satu serbanyak 3 kali untuk mendapatkan data yang bervariasi dengan benda yang sama, namun dganti air yang digunakan dan dingin zat padat yang digunakna terlebih dahulu.
E. Tabel Pengamatan.
Massa Air :
Massa Benda :
Massa Kalorimeter :
Massa Kalorimeter + Pengaduk + Air
No
T1 (oC)
T2(oC)
T3(oC)
1.
2.
3.
F. Pertanyaan Praktikum
Berapakah kalorjenis zat padat yang digunakan dalam percobaan!
Bandingkan nilai kalor jenis dengan nilai yang ada di teori!
Kalor merupakan energi yang mengalir secara spontan dari materi bersuhu tinggi ke materi bersuhu rendah jika terjadi kontak antara keduanya. Jika hal tersebut pada sistem terisolasi sempurna maka proses perpindahan kalor akan berhenti ketika suhu ke dua benda tersebut sama.
Hal tersebut dijelaskan oleh Azas Black yang menyatakan bahwa sejumlah kalor akan dilepaskan oleh benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah. Total kalor yang dilepaskan akan sama dengan total kalor yang diterima.
Hanya saja sangat sulit untuk membuat sebuah sistem terisolasi sempurna karena sejatinya materi yang digunakan untuk mengisolasi sistem di luar dari lingkungan itu sendiri menyerap kalor.
Misalkan kita mencampur air panas (suhu tinggi) dengan air dingin (suhu rendah). Apabila air panas dan air dingin dicampur dalam sebuah wadah terbuka (misalnya ember), maka tidak semua energi air panas berpindah menuju air dingin. Demikian juga air dingin tidak menerima semua energi yang disumbangkan oleh air panas. Sebagian energi air panas pasti berpindah ke udara. Jika kita ingin agar semua energi air panas dipindahkan ke air dingin maka kita harus mencampur air panas dan air dingin dalam sistem tertutup.
Sistem tertutup yang dimaksudkan di sini adalah suatu sistem yang tidak memungkinkan adanya pertukaran energi dengan lingkungan. Contoh sistem tertutup adalah termos air panas. Dinding bagian dalam dari termos air panas biasanya terbuat dari bahan isolator (untuk kasus ini, isolator = bahan yang tidak menghantarkan panas. Temannya isolator tuh konduktor. Konduktor = bahan yang menghantarkan panas).
Apabila benda‐benda yang memiliki perbedaan suhu saling bersentuhan dan benda‐benda tersebut berada dalam sistem tertutup, maka ketika mencapai suhu yang sama, energi yang diterima oleh benda yang memiliki suhu yang lebih rendah = energi yang dilepaskan oleh benda yang bersuhu tinggi. Karena energi yang berpindah akibat adanya perbedaan suhu = kalor, maka kita bisa mengatakan bahwa dalam sistem tertutup, kalor yang dilepaskan = kalor yang diterima.
Secara matematis bisa ditulis sebagai berikut :
Qi = Qm
Dimana
Qi : jumlah kalor yang dilepas oleh benda yang bersuhu lebih tinggi.
Qm : jumlah kalor yang dilepas oleh benda yang bersuhu lebih rendah.
Bila kalor yang dilepas atau yang diterima oleh sebuah benda hanya menyebabkan perubahan suhu benda tersebut, maka jumlah kalor tersebut adalah
Q = m C ΔT
Q : kalor yang diserap atau dilepaskan (kal)
m : massa zat (gram)
ΔT : perubahan suhu (oC)
C : kalor jenis zat (kalori/gramoC)
Prinsip dasar ini yang akan digunakan untuk menentukan kapasitas kalor dan kalor jenis calorimeter aluminium.
B. Hipotesis Percobaan
Saat air panas dicampurkan dengan air dingin, maka suhu awal air panas semakin berkurang.
C. Rumusan Masalah
Bagaimanakah hubungan antara massa air dingin dengan suhu campuran?
Apakah Azas Black berlaku pada percobaan ini?
D. Tujuan Percobaan
Untuk mengenathui apa hubungan antara massa air dingin dengan suhu campuran.
Untuk mengetahui apakah Azas Black berlaku pada percobaan ini.
E. Variabel Percobaan
Variabel Kontrol : waktu : waktu dalam percobaan adalah tidak di tentukan karena di sesuaikan dengan keadaan suhu ruangan.
Variabel Bebas : Massa air dingin : Massa air dingin yang digunakan di dalam percobaan adalah bersifat bebas, dikarenakan proses memasukkan nilai massa air dingin dalam percobaan adalah tergantug dari orang yang melakukan praktek tersebut. Jadi nilai besar kecilnya massa yang ingin dilakukan oleh penguji bersifat bebas dan tidak terikat.
Variabel Terikat : Suhu Campuran : Suhu Campuran adalah hasil pengukuran dari massa air dingin yang dimasukkan dalam percobaan. Suhu campuran bersifat terikat karena hasil dari pengukuran bergantung pada massa air dingin yang dimasukkan. Semakin banyak air dingin yang dimasukkan maka semakin menurun pula suhu campuran.
F. Alat dan Bahan
Cairan spirtus
Pembakaran spirtus
Kaki tiga
Gelas ukur
Termometer
Air
G. Prosedur Percobaan
Siapkan alat dan bahan
Masukkan air dingin sebanyak 100 gram ke dalam gelas ukur
Ukur suhu air dingin tersebut
Bakar sumbu pada pembakaran spirtus yang telah diisi oleh cairan spirtus
Letakkan pembakaran spirtus dibawah kaki tiga
Letakkan termometer di dalam gelas ukur
Tunggu sampai suhu air 80o
Masukkan air dingin sebanyak 25 gram lalu ukur suhu campurannya
Lakukan langkah ke-9 secara terus menerus sebanyak 4 kali
H. Tabel
Data Hasil Pengamatan
md (gram)
Tx (Praktek)
Tx (teori)
Persen Pembeda
0,025
72
68,40
5%
0,050
63
60,67
4%
0,075
58
55,14
5%
0,100
53
51,00
4%
J. Analisis Data dan Pembahasan
Percobaan menguji keberlakuan azas black dilakukan untuk membuktikan bahwa apakah hasil dari praktek adalah sama dengan teori yang digunakan. Setelah praktikum dilakukan, di uji juga dengan dasar rumus teori. Yakni
Sebuah termometer adalah sebuah alat sederhana yang digunakan untuk mengukur suatu zat. Cara mengukur suhu suatru zat dengan cara mencelupkan bagian dari tabung yang berisi dengan cairan pada daerah panas yang berbentuk fluida. Suhu panas yang mengenai tabung akan membuat cairan pada dasar pipa kapiler memuai. Prinsip dari pemuaian ini selanjutnya dijadikan sebagai indikator dari pertambahan suhu.
Dalam mengukur suatu besaran termasuk suhu, dibutuhkan satuan internasional yang disepakati dan digunakan di seluruh dunia. Pada besaran suhu satuan Internasional yang digunakan adalah Kelvin dan Rankine, kedua suhu ini dikembangkan dari satuan Celcius dan juga Fahrenheit, namun masih ada satu sataun dari suhu yang saat ini mulai ditinggalkan yakni Reamur.
Sebuah termometer sederhana dibuat dengan cara mengukur suhu antara suhu air mencair sampai dengan suhu air menguap. Kedua titik tersebut dijadikan sebagai titik acuan dalam beberapa thermometer seperti thermometer celcius, reamur, dan Fahrenheit. Pada proses pembuatan skala pada thermometer celcius, sebuah batas bawah dari termometer diambil titik 0°C pada saat es melebur dan batas diambil 100°C pada saat air mendidih. Suhu ini selanjutnya dijadikan sebagai satuan internasional untuk besaran suhu. Reamur menyusun sebuah skala termometer yang dikenal dengan skala reamur.
Serupa dengan termometer celcius, Reamur mengambil titik es mencair sebagai 0°R namun titik pada saat air mendidih diambil angka 80°R. Skala reamur banyak digunakan dieropa terutama perancis dan jerman, tapi kemudian digantikan dengan skala celcius. Fahrenheit memiliki pandangan yang berbeda mengenai suhu dimana es mencair dan air mendidih. Suhu pada saat es mencair diambil titik 32°F dan suhu air mendidih diambil titik 212°F. Skala ini kemudian digunakan secara luas untuk satuan british.
C. Rumusan Masalah
Bagaimanakah prinsip kerja dari sebuah termometer sederhana?
Bagaimanakah cara membuat skala pada termometer sederhana?
Bagaimanakah pengaruh suhu terhadap pertambahan panjang zat cair di dalam tabung?
D. Tujuan Percobaan
Untuk mengetahui prinsip kerja dari sebuah teromometer sederhana
Untuk mengetahui cara membuat skala pada termometer sederhana
Untuk mengetahui pengaruh suhu terhadap pertambahan panjang zat cair di dalam tabung
E. Variabel Percobaan
Variabel Kontrol :
Satuan Pertambahan Panjang : Satuan pertambahan panjang adalah besar kenaikan panjang tabung terhadap perubahan suhu, Besaran di jaga kosntan dengan cara membuat pipa kapiler sangat kecil
Variabel Bebas :
Suhu : Suhu dalam percobaan adalah suhu air yang diubah dengan dengan cara memanaskan air dengan menggunakan Bunshen Burner
Variabel Terikat :
Panjang Alkohol : Panjang Alkohol adalah pertambahan panjang panjang alkohol pada pipa kapiler di dalam alkohol.
F. Alat dan Bahan
Air Murni
Es Batu
Kaki Tiga
Bunshen
Termometer tanpa Skala
Keroke Api
Penggaris
Gelas Kimia atau wadah tahan panas yang setara
G. Prosedur Percobaan
Menyiapkan sebuah wadah yang berisi air dan es dengan jumlah seimbang kemudian diletakkan diatas kaki tiga.
Mengukur suhu es mencair sebagai batas bawah dari termometer yakni setara dengan 0°C
Mengaatai pertambahan panjang dari batas bawah sampai dengan batas atas yakni suhu air mendidih pada suhu 100°C
Mencatat hasil yang sudah diamati pada tabel pengamatan
H. Tabel data hasil pengamatan
Tabel Hubungan antara suhu terhadap panjang cairan
No
Suhu
Panjang
1
0°C
13 mm
2
100°C
23 mm
I. Grafik Percobaan
Berdasarkan grafik diatas dapat ditarik kesimpulan bahwa gradien dari grafik menunjukkan jarak antara skala yakni 0.01 mm/°C atau setara dengan 0.1 cm/°C. Dair grafik juga didapatkan derajat kepercayaan yakni sebesar 100 persen. Hal ini didapatkan dari data yang dianalisis hanya terdiri dari dua data sehingga sebaran simpangan data tidak dapat di hitung.
J. Analisis Data
x = \frac{T_{didih}-T_{lebur}}{Batas\ atas - Batas \ bawah}
X = Satuan Suhu per satuan Panjang ( °C/cm). Berdasarkan persamaan di atas maka didaptkan nila X = 0.1 cm/°C. Hasil analisis data ini sesuai dengan hasil analais Grafik. dengan tingkat kepercayaan sebesar 100%.
Kesalahan Relatif didapatkan dengan menggunakan KR = 1- R, sehingga didapatkan kesalahan relatif 0. Hal ini disebabkan karena kurang data percobaan sehingga sebaran variansi data tidak dapat ditunjukkan secara statistik.
K. Pembahasan
Sebuah termometer bekerja berdasarkan prinsip pemuaian dari sebuah zat cair. Sebuah zat cair yang dimasukkan ke dalam pipa kapiler akan mengalami pemuaian, jika pipa kapiler dibuat sangat kecil, sehingga pemuaian 3 dimensi dari cairan dapat diasumsikan sebagai pemuaian panjang saja, maka prinsip dapat digunakan untuk menunjukkan perubahan suhu pada saat cairan mendapatkan panas dari lingkungan. Peuaian dalam termometer kemudian diatur sedemikian rupa agar setiap perubahan suhu dapat ditunjukkan secara linier sebagaimana aturan pembuatan instrumen yang baku.
Proses pembuatan skala pada termometer sederhana dapat dilakukan dengan menggunakan bantuan zat cair seperti air. Karakter air yang memiliki titik lebur dan titik beku sebagai acuan yang digunakan oleh penemu termometer menjadi acuan sebagai batas atas dan batas bawah dari sebuah termometer, baik itu Reamur, Celcius dan Fahrenheit. Titik dimana air mendidih akan menjadi batas dari sebuah termometer dan batas bawah akan ditentukan pada saat es melebur.
Berdasarkan hasil percobaan yang dilakukan dengan menggunakan sebuah termometer tanpa skala, didapatkan data bahwa suhu air yang sedang dipanaskan dengan menggunakan bunshen akan membuat cairan alkohol pada kolong pipa kapiler naik. Perubahan ini dibuat linier sehingga setiap perubahan panjang dapat menunjukkan perubahan suhu. Dari hasil analisis data percobaan didapatkan perubahan yang bersifat linier, yakni sebesar 0.1 cm/°C. Hal berati setiap kenaikan 1 cm pada tabung kapiler menunjukkan perubahan suhu sebesar 1 celcius derajat.
L. Kesimpulan
Berdasarkan analsis data dan pembahasan maka dapat ditarik kesimpulan.
Termometer batang bekerja dengan cara memanfaatkan prinsip pemuaian zat cair.
Proses pembuatan skala pada termometer dilakukan dengan menggunakan bantuan karakter dari zat cair.
Terdapat hubungan positif dan linier antara suhu terhadap pemuaian zat cair di dalam pipa kapiler pada termometer
M. Saran
Sebaiknya melakukan pengukuran dengan cara mengukur lebih banyak titik pada saat air dipanskan tidak hanya batas atas dan batas bawah.
Berhati-hati dalam penentuan batas bawah dan batas atas karena menggunakan konsep fisika dari asas Black dan kalor laten.
