SUHU DAN KALOR

Konversi antara 4 skala tersebut ditunjukkan oleh tabel berikut :

Skala Celcius dan Fahrenheit banyak kita temukan di kehidupan sehari hari, sedangkan skala suhu yang ditetapkan sebagai Satuan Internasional adalah Kelvin. Berikut gambaran mengkonversi suhu pada 2 termometer yang berbeda secara umum dituliskan:

Perbandingan Skala Termometer

Saat melakukan pengukuran suhu dengan suatu termometer, kita memerlukan suatu acuan. Acuan ini ada didasarkan pada skala termometer. Skala ini mempunyai dua acuan, yakni titik didih dan titik beku air. Titik didih air dijadikan sebagai titik acuan atas, sedangkan titik beku air dijadikan titik acuan bawah, di antara keduanya dibagi dalam beberapa skala kecil.

Adapun tahapan-tahapan dalam menetapkan suhu termometer menurut Andreas Celcius antara lain sebagai berikut.

• Titik tetap bawah skala Celcius (0^o) menggunakan suhu air yang sedang membeku (es).

• Titik tetap atas (100^o) menggunakan suhu air yang sedang mendidih pada tekanan udara normal yaitu 1 atm (76 cmHg).

• Bagi jarak antara kedua titik tetap atas dan titik tetap bawah menjadi bagian yang sama (100 bagian). Hal ini menunjukkan bahwa jarak antara dua garis berurutan sama dengan 1^oC.

Ketika mengukur temperatur dengan menggunakan termometer, terdapat beberapa skala yang digunakan, di antaranya adalah skala Celcius, skala Reamur, skala Fahrenheit, dan skala Kelvin. Keempat skala tersebut memiliki perbedaan dalam pengukuran suhunya. Perbandingan keempat jenis skala termometer tersebut, diperlihatkan pada gambar di bawah ini.

Dari nilai titik tetap atas dan titik tetap bawah keempat jenis termometer pada tabel di atas, diperoleh rumus-rumus berikut ini.

1. Rumus Perbandingan Skala Celcius dan Reamur

Pada tabel di atas, telah diketahui bahwa titik tetap bawah skala Celcius dan skala Reamur adalah 0^oC dan 0^oR. Adapun titik tetap atas skala Celcius dan skala Reamur adalah 100^oC dan 80^oR. Jadi, 100 skala Celcius = 80 skala Reamur. Sehingga dapat dinyatakan persamaan berikut.

t^oC – 0 100

--------- = ----

t^oR – 0 80

t^oC 5

------ = -----

t^oR 4

Dengan demikian diperoleh rumus hubungan antara skala Celcius dan skala Reamur sebagai berikut.

5

t^oC = ---- X t^oR

4

4

t^oR = ---- X t^oC

5

Contoh Soal:

1. Suhu badan Anis adalah 30^oR. Berapakah suhunya dalam skala Celcius?

Jawab:

5

t^oC = ---- X t^oR

4

5

t^oC = ---- X 30

4

t^oC=37,5

Jadi, suhu badan Anis adalah 37,5^oC.

2. Suhu di suatu padang pasir adalah 40^oC. Berapakah suhunya dalam skala Reamur?

Jawab:

4

t^oR = ---- X t^oC

5

4

t^oR = ---- X 40

5

t^oR=32

Jadi, suhu padang pasir tersebut adalah 32^oR.

2. Rumus Perbandingan Skala Celcius dan Fahrenheit

Dari tabel diketahui bahwa 0^oC = 32^oF dan 100^oC = 212^oF, serta 100 skala Celcius = 180 skala Fahrenheit, sehingga dapat dinyatakan persamaan sebagai berikut.

t^oC – 0 100

---------- = -----

t^oF – 32 180

t^oC 5

---------- = ---

t^oF – 32 9

Dengan demikian diperoleh rumus hubungan antara skala Celcius dan skala Fahrenheit sebagai berikut.

5

t^oC = ---- ×(t^oF – 32)

9

9

t^oF = [ ---- × t^oC ] + 32

5

Contoh Soal:

1. Suhu suatu ruangan adalah 86^oF. Berapakah suhu ruangan tersebut dalam skala Celcius?

Jawab:

5

t^oC = ---- ×(t^oF – 32)

9

5

t^oC = ----- ×(86– 32)

9

5

t^oC = ----- × 54

9

t^oC=30

Jadi, suhu ruangan tersebut adalah 30^oC.

2. Suhu seorang anak adalah 35^oC. Berapakah suhu anak tersebut dalam skala Fahrenheit?

Jawab:

9

t^oF = [ ---- × t^oC ] + 32

5

9

t^oF = [ ---- × 35 ] + 32

5

t^oF=63 + 32

t^oF=95

Jadi, suhu anak tersebut adalah 95^oF.

3. Rumus Perbandingan Skala Celcius dan Kelvin

Kelvin adalah satuan suhu dalam Sistem Internasional (SI). Dari tabel di atas, kita ketahui bahwa 0^oC = 273 K dan 100^oC = 373 K. Skala Celcius dan skala Kelvin sama-sama mempunyai 100 skala sehingga diperoleh rumus hubungan skala sebagai berikut.

t K = t^oC + 273

t^oC = t K − 273

Contoh Soal:

1. Suhu suatu ruangan adalah 27^oC. Berapakah suhunya adalam skala Kelvin?

Jawab:

t K = t^oC + 273 = 27 + 273 = 300

Jadi, suhu ruangan tersebut adalah 300 K.

2. .Suhu sebuah filamen lampu listrik yang sedang menyala adalah 2.925 K. Berapakah suhu filamen lampu tersebut dalam skala Celcius?

Jawab:

t^oC = t K – 273 = 2.925 – 273 = 2.652

Jadi, suhu filamen lampu listrik yang sedang menyala tersebut adalah 2.652^oC.

3. Misalkan Ucok membuat sebuah termometer yang disebut dengan termometer X. Pada termometer ini air membeku pada 0°X dan air mendidih pada 150°X. Bagaimanakah hubungan termometer ini dengan termometer dalam skala Celsius?

Jawab

Pada termometer X, rentang temperatur yang dimilikinya, yakni dari 0°X – 150°X sehingga skala pada termometer ini dibagi dalam 150 skala. Perbandingan antara termometer X dan termometer Celsius, yakni

C – 0 X - 0

------- = --------

100 150

100

T^oC = ------ T^oX

150

2

T^oC = ------ T^oX

3

Jadi, hubungan antara termometer ini dengan termometer Celsius adalah t°C = ²/₃ t°X

Jenis jenis Termometer

1. Termometer Zat Cair

Termometer ini merupakan sebuah pipa kaca sempit yang tertutup berisi zat cair dan memiliki sebuah skala. Cara kerja termometer ini pada pengaruh perubahan suhu dengan perubahan volumenya. Coba anda perhatikan pada volume air yang telah dipanaskan. Pada saat air dipanaskan, maka suhu air meningkat.

kemudian yang akan terjadi adalah volume air itu akan meningkat juga. Begitu juga sebaliknya, ketika air didinginkan maka volume air akan menurun. Selain dengan air, dapat terjadi dengan zat lain, yaitu raksa dan alkohol yang dapat digunakan untuk bahan termometer.

Contoh termometer ini yaitu berskala celcius, fahrenheit, reamur, kelvin, termometer badan, termometer ruangan dan juga termometer maksimum-minimum.

Termometer Air Raksa

Sesuai dengan namanya, jenis termometer ini menggunakan zat cair berupa air raksa atau merkuri untuk pengukuran suhu secara manual. Umumnya, termometer air raksa berbentuk tabung gelas berisi air raksa yang berwarna perak di dalamnya. Cara menggunakan termometer air raksa untuk mengukur suhu tubuh cukup diletakkan dibawah lidah dan posisi mulut tertutup. Tunggu beberapa saat, setelah itu merkuri pada tabung kelas akan naik ke atas menempati ruang kosong dalam tabung. Hasil pengukuran suhu ditunjukkan tepat pada garis tempat berhentinya air raksa yang naik tadi.

Kelebihan termometer air raksa:

• Jangkauan suhu yang cukup lebar mulai dari minus 40 derajat Celcius sampai 360 derajat Celcius

• Warna air raksa yang mengkilat sehingga memudahkan pembacaan hasil pengukuran suhu

• Pemuaian yang sangat teratur

• Air raksa mempunyai sifat yang tidak membasahi dinding pipa kapiler, hal ini membuat hasil pengukuran menjadi teliti

Kekurangan termometer air raksa:

• Tidak bisa digunakan untuk pengukuran suhu lebih rendah dari minus 40 derajat Celcius

• Air raksa harganya cukup mahal dan secara kimia bersifat beracun sehingga berbahaya ketika tabungnya pecah

• Penggunaan termometer air raksa saat ini mulai dilarang untuk meminimalisir risiko paparan merkuri masuk ke dalam tubuh. Apalagi Dalam penggunaannya dengan diletakkan di lidah, maka resikonya cukup tinggi dan berbahaya.

Termometer Alkohol

Termometer alkohol mempunyai cara kerja yang tidak jauh berbeda dengan termometer air raksa, alat ini juga digunakan untuk mengukur suhu tubuh. Alat ini menggunakan cairan alkohol untuk indikator pengukuran suhu. Dibandingkan air raksa, zat alkohol dinilai lebih sensitif terhadap perubahan suhu.

Kelebihan dari termometer alkohol:

• Harganya terjangkau, karena cairan alkohol cukup murah dan mudah didapatkan di pasaran

• Bisa digunakan untuk pengukuran suhu sangat rendah hingga minus 130 derajat Celcius

• Alkohol dapat mengalami perubahan volume yang besar ketika ada kenaikan suhu yang sangat kecil, sehingga alat ini sangat teliti digunakan untuk melakukan pengukuran suhu tubuh

Kekurangan termometer alkohol:

• Titik didih alkohol hanya mencapai 78 derajat Celcius, sehingga tidak bisa digunakan untuk pengukuran temperatur yang lebih tinggi

• Sifatnya membasahi dinding kaca sehingga menyulitkan pembacaan

• Dalam penggunaannya perlu diberi pewarna terlebih dahulu karena alkohol tidak berwarna

2. Termometer Hambatan Listrik

Termometer Hambatan Listrik bisa disebut dengan nama lain yaitu termometer platina. Cara kerja termometer ini yaitu ketika suhu naik, maka hambatan listrik platina akan naik.

Bahan penghantar listrik termometer ini terbuat dari platina sehingga tahan dari panas. Apabila jika suatu suhu semakin besar, maka pada harga takaran juga semakin besar sehingga membuat daya hantar listrik menjadi berkurang.

Keuntungan termometer ini yaitu dapat membuat jangkauan suhunya sangat lebar, sekitar –250°C sampai 1500°C, sehingga termometer platina ini sangat banyak digunakan oleh industri-industri. Tetapi kekurangannya adalah suhu tidak dapat langsung terbaca, pembacaannya sangat lambat sehingga tidak sesuai dalam mengukur suhu yang berubah.

3. Termometer Termokopel

Termometer ini terbuat dari dua kawat yang bahannya dari logam, jenisnya ini berbeda dan dihubungkan pada sebuah amperemeter. Cara kerjanya yaitu ketika suhu berbeda maka akan mengeluarkan arus listrik yang berbeda juga.

Keuntungan pada termokopel yaitu pada jangkauan suhu luas dari –100°C sampai 1500°C, selain memiliki jangkauan yang luas, termometer termokopel ini bisa juga mengukur suatu suhu dengan cepat dan bisa dihubungkan pada rangkaian lain seperti komputer.

Kelebihan termometer termokopel:

• Mudah dalam pembacaan hasil pengukuran suhunya karena mempunyai layar yang tidak mudah keruh serta skala yang terlihat jelas

• Dapat merespon cepat ketika ada perubahan suhu walaupun kecil

• Memiliki akurasi yang tinggi untuk pengukuran suhu dengan rentang minus 200 derajat celcius sampai 2000 derajat Celcius

• Tahan lama dan tidak mudah rusak, alat ini juga tahan terhadap goncangan maupun getaran

Kekurangan termometer termokopel:

• Kalibrasinya cukup sulit

• Hanya digunakan untuk pengukuran perbedaan temperatur

• Penggunaannya membutuhkan perlengkapan tambahan yang biasanya cukup mahal

4. Termometer Gas

Termometer gas seperti bola kaca dan berisi sebuah gas yang disambungkan pada manometer. Cara kerjanya yaitu ketika bola gas terkena panas maka gas yang berada di dalam tabung kaca akan terurai dan menekan zat cair yang terdapat pada mano-meter.

Kenaikan zat cair itu dipakai dalam mengetahui suhu yang ada di sekitar bola kaca.

Termometer gas berfungsi berdasarkan pada sifat pemuaian gas. Contoh gas yang dapat dipakai yaitu gas hidrogen dan helium yang memiliki tekanan yang rendah, jika gas itu terkena panas maka volume gas akan bertambah.

keuntungan pada termometer gas yaitu lebih teliti dibanding termometer cairan. Termometer gas bisa digunakan dalam mengukur suatu suhu yang sangat tinggi dan mengukur suhu yang sangat rendah, yang lebar jangkauannya yaitu sekitar –250°C sampai 1500°C.

5. Termometer Klinis

Termometer klinis atau nama lain termometer badan. Termometer ini sering sekali dipakai oleh para dokter dan perawat pada rumah sakit untuk mengukur suhu badan manusia atau demam.

Cairan yang dipakai dalam mengisi termometer klinis yaitu air raksa. Skala pada termometer ini sekitar 35°C sampai 42°C. Cara menggunakannya, termometer ini diletakkan pada ketiak atau mulut sekitar 2 menit.

6. Termometer Dinding

Termometer dinding atau nama lain termometer ruangan. Pada umumnya, termometer dinding ini diletakan tegak pada dinding sebuah ruangan dan pemakaiannya untuk mengukur suhu pada ruang.

Angka-angka yang berada pada skala termometer dinding yaitu mencakup suhu di atas dan di bawah pada ruangan dalam bentuk derajat Celcius atau Fahrenheit. jangkauannya sekitar -30°C sampai 50°C.

7. Termometer Maksimum dan Minimum

Termometer satu ini sering dipakai pada pengamat cuaca dalam mengetahui suhu tertinggi dan suhu terendah di jangka waktu tertentu. Termometer maksimum dan minimum terdiri dari pipa U yang masing-masing bagian terisi alkohol dan air raksa.

Termometer maksimum-minimum mempunyai 2 skala yakni skala minimum di kolom bagian kiri dan skala maksimum di kolom bagian kanan sehingga suhu akan terbaca sesuai pada ketinggian kolom raksa.

Termometer ini bisa juga dipakai dalam mengukur suhu pada sebuah rumah kaca, maksudnya rumah yang dipakai pada tanaman sebagai bahan penelitian. Suhu minimum terjadi di malam hari dan suhu maksimum terjadi di siang hari.

8. Termometer Optik (Pyrometer)

Termometer optik adalah termometer yang fungsinya berdasarkan spektrum cahaya seperti perubahan warna logam yang diakibatkan pada perubahan suhu.

Termometer optik atau juga pirometer sering digunakan dalam mengukur suhu yang sangat tinggi sekiar 1000°C keatas. Cara kerja termometer optik ini mengukur suhu tetapi tidak menyentuh benda secara langsung.

Contohnya mengukur suhu bintang atau mengukur pada suhu tungku pengecoran logam. Pada spektrum berwarna biru artinya lebih panas daripada spektrum yang berwarna merah.

9. Termometer Bimetal

Termometer bimetal yaitu termometer yang dapat memanfaatkan perbedaan pemuaian pada dua jenis logam. Termometer ini seperti dua buah keping logam yang fungsi pemuaiannya berbeda, sehingga jika terkena perubahan suhu maka termometer bimetal akan terjadi pelengkungan menuju arah tertentu.

Pada suhu yang meningkat, maka keping termometer bimetal akan melengkung pada arah logam yang mempunyai koefisien muai lebih rendah.

Tetapi jika suhu menurun, maka keping termometer bimetal akan melengkung pada arah logam yang mendapati koefisien muai lebih tinggi. Termometer bimetal ini dipakai dalam mengukur suhu oven kompor, termostat, pemanggang, atau circuit breakers.

10. Termometer Termistor

Termometer satu ini memakai termistor untuk sensornya. Termistor merupakan suatu alat atau komponen sensor elektronika yang digunakan dalam mengukur suhu.

Jika perubahan suhu naik, maka hambatan pada termistor akan turun. Hambatan listrik diukur pada rangkaian skala didalam derajat suhu. Kelebihannya bisa dihubungkan pada komputer. Kekurangannya yaitu jangkauan suhunya sangat terbatas sekitar -25°C sampai 180°C.

11. Termometer Digital

Termometer digital adalah jenis termometer modern yang menggunakan sensor digital dengan penunjuk angka suhu yang diukur dengan layar LCD.

Sensor pada termometer digital biasanya digunakan termokopel. Termometer digital banyak digunakan dalam berbagai keperluan karena memiliki akurasi yang tinggi dan cukup sensisitf. Termometer digital dapat digunakan secara meluas misalnya untuk mengukur suhu badan, keperluan laboratorium, dan alat bantu memasak.

12. Termometer Infra Merah

Termometer inframerah dapat digunakan untuk mengukur suhu tubuh seseorang tanpa harus menempelkan alat ke kulit atau tubuh. Sehingga jenis termometer ini sangat cocok digunakan di tempat umum, misalnya ketika harus mengukur suhu banyak orang. Cara kerja alat ini dengan menggunakan sensor inframerah untuk melakukan pengukuran suhu.

Penggunaannya sangat mudah, cukup dengan mendekatkan atau mengarahkan sinar inframerah dari termometer ke dahi. Sehingga banyak yang menyebut dengan nama termometer tembak. Termometer inframerah yang berkualitas bagus tidak membutuhkan waktu lama untuk mendeteksi suhu tubuh seseorang, biasanya hanya beberapa detik saja.

13. Termometer Probe

Termometer probe adalah jenis termometer dengan bagian ujung sensor berbentuk runcing dan terhubung ke kabel yang cukup panjang. Termometer probe digunakan dalam banyak bidang seperti kesehatan, ritel, dan makanan. Kabel yang ada pada termometer ini memungkinkan penggunaan yang lebih fleksibel.