SUHU DAN KALOR

Suhu adalah besaran fisika yang menyatakan derajat panas suatu zat. Alat untuk mengukur suhu disebut termometer. Pada termometer, zat yang paling banyak digunakan adalah alkohol dan raksa. Dalam kehidupan sehari-hari, pengukuran suhu oleh masyarakat cenderung menggunakan indera peraba. Tetapi dengan adanya perkembangan teknologi maka diciptakanlah termometer untuk mengukur suhu agar valid.

Pada abad 17 terdapat 30 jenis skala yang membuat para ilmuan kebingungan. Hal ini memberikan inspirasi pada Anders Celcius (1701 – 1744) sehingga pada tahun 1742 dia memperkenalkan skala yang digunakan sebagai pedoman pengukuran suhu. Skala ini diberinama sesuai dengan namanya yaitu Skala Celcius. Apabila benda didinginkan terus maka suhunya akan semakin dingin dan partikelnya akan berhenti bergerak, kondisi ini disebut kondisi nol mutlak. Skala Celcius tidak bisa menjawab masalah ini maka Lord Kelvin (1842 – 1907) menawarkan skala baru yang diberi nama Kelvin. Skala kelvin dimulai dari 273 K ketika air membeku dan 373 K ketika air mendidih. Sehingga nol mutlak sama dengan 0 K atau -273°C. Selain skala tersebut ada juga skala Reamur dan Fahrenheit. Untuk skala Reamur air membeku pada suhu 0°R dan mendidih pada suhu 80°R sedangkan pada skala Fahrenheit air membuka pada suhu 32°F dan mendidih pada suhu 212°F.

Macam macam termometer.

Pembuatan termometer pertama kali dipelopori oleh Galileo Galilei (1564 – 1642) pada tahun 1595. Alat tersebut disebut dengan termoskop yang berupa labu kosong yang dilengkapi pipa panjang dengan ujung pipa terbuka. Mula-mula dipanaskan sehingga udara dalam labu mengembang. Ujung pipa yang terbuka kemudian dicelupkan kedalam cairan berwarna. Ketika udara dalam tabu menyusut, zat cair masuk kedalam pipa tetapi tidak sampai labu. Beginilah cara kerja termoskop. Untuk suhu yang berbeda, tinggi kolom zat cair di dalam pipa juga berbeda. Tinggi kolom ini digunakan untuk menentukan suhu. Prinsip kerja termometer buatan Galileo berdasarkan pada perubahan volume gas dalam labu. Tetapi dimasa ini termometer yang sering digunakan terbuat dari bahan cair misalnya raksa dan alkhohol. Prinsip yang digunakan adalah pemuaian zat cair ketika terjadi peningkatan suhu benda.

Raksa digunakan sebagai pengisi termometer karena raksa mempunyai keunggulan :

  1. raksa penghantar panas yang baik
  2. pemuaiannya teratur
  3. titik didihnya tinggi
  4. warnanya mengkilap
  5. tidak membasahi dinding

Sedangkan keunggulan alkhohol adalah :

  1. titik bekunya rendah
  2. harganya murah
  3. pemuaiannya 6 kali lebih besar dari pada raksa sehingga pengukuran mudah diamati

Termometer Laboratorium

Termometer ini menggunakan cairan raksa atau alkhohol. Jika cairan bertambah panas maka raksa atau alkhohol akan memuai sehingga skala nya bertambah. Agar termometer sensitif terhadap suhu maka ukuran pipa harus dibuat kecil (pipa kapiler) dan agar peka terhadap perubahan suhu maka dinding termometer (reservoir) dibuat setipis mungkin dan bila memungkinkan dibuat dari bahan yang konduktor.

Termometer Klinis

Termometer ini khusus digunakan untuk mendiaknosa penyakit dan bisanya diisi dengan raksa atau alkhohol. Termometer ini mempunyai lekukan sempit diatas wadahnya yang berfungsi untuk menjaga supaya suhu yang ditunjukkan setelah pengukuran tidak berubah setelah termometer diangkat dari badan pasien. Skala pada termometer ini antara 35°C sampai 42°C.

Termometer Ruangan

Termometer ini berfungsi untuk mengukur suhu pada sebuah ruangan. Pada dasarnya termometer ini sama dengan termometer yang lain hanya saja skalanya yang berbeda. Skala termometer ini antara -50°C sampai 50°C

Termometer Digital

Karena perkembangan teknologi maka diciptakanlah termometer digital yang prinsip kerjanya sama dengan termometer yang lainnya yaitu pemuaian. Pada termometer digital menggunakan logam sebagai sensor suhunya yang kemudian memuai dan pemuaiannya ini diterjemahkan oleh rangkaian elektronik dan ditampilkan dalam bentuk angka yang langsung bisa dibaca.

Termokopel

Merupakan termometer yang menggunakan bahan bimetal sebagai alat pokoknya. Ketika terkena panas maka bimetal akan bengkok ke arah yang koefesiennya lebih kecil. Pemuaian ini kemudian dihubungkan dengan jarum dan menunjukkan angka tertentu. Angka yang ditunjukkan jarum ini menunjukkan suhu benda

Kalor adalah bentuk energi yang berpindah dari benda yang suhunya lebih tinggi ke benda yang suhunya lebih rendah ketika benda bersentuhan.

Satuan kalor menurut SI atau MKS adalah joule ( J ), sedang menurut cgs yaitu erg, dan untuk jenis makanan satuannya adalah kalori.

Tara Kalor Mekanik adalah kesetaraan satuan energi kalor dengan energi mekanik

1 kalori = 4,2 joule ; 1 joule = 0,24 kalori

1 kkal (kilokalori) = 1000 kal ( kalori ) = 4200 joule = 4,2 kj (kilojoule)

Kalor dapat menaikkan atau menurunkan suhu. Semakin besar kenaikan suhu maka kalor yang diterima semakin banyak. Semakin kecil kenaikan suhu maka kalor yang diterima semakin sedikit. Jadi kalor (Q) berbanding lurus atau sebanding dengan kenaikan suhu (∆ T) jika massa (m) dan kalor jenis zat (c) tetap.

Semakin besar massa zat (m) maka kalor (Q) yang diterima semakin banyak. Semakin kecil massa zat (m) maka kalor (Q) yang diterima semakin sedikit. Jadi kalor (Q) berbanding lurus atau sebanding dengan massa zat (m) jika kenaikan suhu (∆ T) dan kalor jenis zat (c) tetap.

Semakin besar kalor jenis zat (c) maka kalor (Q) yang diterima semakin banyak. Semakin kecil kalor jenis zat (c) maka kalor (Q) yang diterima semakin sedikit. Jadi kalor (Q) berbanding lurus atau sebanding dengan kalor jenis zat (c) jika kenaikan suhu (∆ T) dan massa zat (m) tetap.

Kalor jenis zat (c) adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 kg zat sebesar 1 °C.

Persamaan energi kalor adalah : Q = m c ∆T

Keterangan :

Q = banyaknya kalor satuan joule (J)

c = kalor jenis zat satuan J / kg °C

m = massa zat satuan kg

∆ T = perubahan suhu satuan °C

Zat cair dikatakan mendidih jika gelembung – gelembung uap terjadi di dalam seluruh zat cair dan dapat meninggalkan zat cair. Saat zat cair mendidih suhunya tetap dan dinamakan suhu tersebut titik didih. Selama zat cair mendidih diperlukan kalor digunakan untuk merubah wujud zat cair menjadi zat gas jadi energi tersebut digunakan disebut kalor uap / laten. Kalor uap suatu zat adalah banyak kalor yang diperlukan untuk menguapkan 1 kg zat cair pada titik didihnya. Satuannya J/kg. Persaaman kalor yg diperukan untuk menguapkan zat yaitu Q = m U . Keterangan Q = banyaknya kalor yang digunakan satuan joule, m = massa zat satuan kg dan U = kalor uap zat satuan J/kg. Kalor uap = kalor embun. Titik didih dipengaruhi oleh tekanan udara di atas permukaan dan ketidakmurnian zat cair. Titik didih normal air 100 °C jika tekanan udara sebesar 1 atmosfer atau 76 cmHg. Jika tekanan udara besar maka titik didih zat cair menjadi besar dan sebaliknya. Alat yang memanfaatkan titih didih terhadap tekanan udara adalah panci tekan dan otoklaf. Titik didih = titik embun.

Air membeku pada suhu 0 °C sedang es mencair pada suhu 0 °C. Jadi titik beku = titik lebur. Kalor yang dilepas untuk pembekuan suatu zat suhunya tetap dan dinamakan kalor beku. Kalor yang diperlukan untuk peleburan suatu zat suhunya tetap dan dinamakan kalor lebur. Kalor beku = kalor lebur. Persaaman kalor yg diperukan untuk meleburkan zat yaitu Q = m L . Keterangan Q = banyaknya kalor yang digunakan satuan joule, m = massa zat satuan kg dan L = kalor lebur zat satuan J/kg. Faktor yang mempengaruhi titik lebur zat antara lain tekanan udara di atas permukaan dan ketidakmurnian zat. Regelasi adalah gejala meleburnya bagian balok es yang diberi beban (tekanan luar) dan membeku kembali sesaat beban dihilangkan.

Untuk memahami lebih lanjut silahkan baca referensi-referensi yang ada atau modul tentang suhu dan kalor pada link berikut:

Modul Suhu dan Kalori

Tugas 9 (kelompok):

  1. Amati dengan seksama tayangan video melalui link berikut: Kebakaran Hutan
  2. Diskusikan dengan anggota kelompok untuk menjelaskan gejala tersebut dari dimensi faktual, konseptual, prosedural, dan metakognitif, kemudian presentasikan di depan kelompok lainnya.
  3. Buat laporan hasil diskusi kelompok ukuran kertas A4 dalam file pdf dengan sistematika: judul, nama penulis & nim, ilustrasi gambar gejala, temuan fakta-fakta fisika (faktual), konsep-konsep fisika yang ada (konseptual), proses yang terjadi (prosedural), keterkaitan/keterhubungan antar konsep dan beberapa contoh terapan serupa lainnya (metakognitif).
  4. File tersebut diberi nama: NoKelompok-Kelas yang diprogram (misal PFA16)-Tugas 9 (kelompok)
  5. Kirim file tersebut ke alamat email: rudyunesa@gmail.com

Tugas 9 (individu):

  1. Carilah gejala fisika terkait suhu dan kalor dalam kehidupan di sekitar Anda, kemudian buat gambar/foto. Atau boleh juga cari gambar/foto terkait dengan suhu dan kalor yang ada dalam kehidupan di sekitar Anda.
  2. Jelaskan gejala tersebut dari dimensi faktual, konseptual, prosedural, dan metakognitif. Buat laporan individu ukuran kertas A4 dalam file pdf dengan sistematika: judul, nama penulis & nim, ilustrasi gambar gejala, temuan fakta-fakta fisika (faktual), konsep-konsep fisika yang ada (konseptual), proses yang terjadi (prosedural), keterkaitan/keterhubungan antar konsep dan beberapa contoh terapan serupa lainnya (metakognitif).
  3. File tersebut diberi nama: NIM-Kelas yang diprogram (misal PFA16)-Tugas 9 (individu)
  4. Kirim file tersebut ke alamat email: rudyunesa@gmail.com

Selamat Mengerjakan, Semoga Sukses