PENGUKUR SUHU
Suhu adalah ukuran kuantitatif yang menunjukkan derajat panas atau dingin suatu benda. Suhu tidak dapat dilihat secara langsung, tetapi dapat diukur dengan alat yang disebut termometer.
Prinsip Pengukuran:
Pengukuran suhu didasarkan pada sifat fisis zat yang berubah akibat perubahan suhu. Contohnya:
Perubahan volume: Zat cair seperti air memuai saat dipanaskan dan menyusut saat didinginkan.
Perubahan tekanan: Tekanan gas meningkat saat dipanaskan dan menurun saat didinginkan.
Perubahan resistansi listrik: Hambatan logam terhadap aliran listrik meningkat saat dipanaskan dan menurun saat didinginkan.
Skala Suhu:
Terdapat beberapa skala suhu yang umum digunakan:
Skala Celcius (°C): Skala yang paling umum digunakan di dunia. Titik beku air adalah 0°C dan titik didih air adalah 100°C.
Skala Fahrenheit (°F): Skala yang digunakan di Amerika Serikat. Titik beku air adalah 32°F dan titik didih air adalah 212°F.
Skala Kelvin (K): Skala yang digunakan dalam sains. Titik beku air adalah 273 K dan titik didih air adalah 373 K.
Alat Ukur Suhu:
Termometer raksa: Termometer tradisional yang menggunakan merkuri sebagai zat pengukur.
Termometer alkohol: Termometer yang menggunakan alkohol sebagai zat pengukur.
Termometer digital: Termometer yang menggunakan sensor elektronik untuk mengukur suhu.
Kesetimbangan Termal:
Kesetimbangan termal adalah keadaan di mana dua sistem yang saling bersentuhan memiliki temperatur yang sama. Ketika dua sistem berada dalam kesetimbangan termal, tidak ada aliran kalor antara kedua sistem.
Batasan Setimbang Termal:
Batasan setimbang termal adalah pernyataan yang mendasari konsep pengukuran suhu. Batasan ini menyatakan bahwa:
"Jika dua sistem A dan B berada dalam kesetimbangan termal dengan sistem C, maka A dan B juga berada dalam kesetimbangan termal satu sama lain."
Hukum ke-0 Termodinamika:
Batasan setimbang termal dikenal sebagai Hukum ke-0 Termodinamika. Hukum ini merupakan dasar fundamental untuk mendefinisikan dan mengukur suhu.
Perumusan Konsep Pengukuran Suhu:
Berdasarkan Hukum ke-0 Termodinamika, konsep pengukuran suhu dapat dirumuskan sebagai berikut:
Sistem Termal: Sebuah sistem yang dapat dikarakterisasi oleh temperatur.
Termometer: Sebuah sistem termal yang digunakan untuk mengukur temperatur sistem lain.
Skala Temperatur: Sebuah sistem untuk menandai temperatur termometer.
Prosedur Pengukuran Suhu:
Bawa termometer ke kesetimbangan termal dengan sistem yang ingin diukur temperaturnya.
Catat skala temperatur termometer.
Temperatur sistem yang diukur sama dengan temperatur termometer.
Prinsip Kerja Berbagai Macam Termometer Berdasarkan Sifat Termometriknya
Termometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur suhu. Berbagai jenis termometer bekerja berdasarkan sifat termometrik yang berbeda-beda, yaitu sifat zat yang berubah ketika temperaturnya berubah. Berikut beberapa jenis termometer dan prinsip kerjanya:
1. Termometer Zat Cair:
Termometer Raksa:
Sifat termometrik: Pemuaian volume merkuri
Prinsip kerja: Merkuri memuai saat dipanaskan dan menyusut saat didinginkan. Ketinggian merkuri dalam tabung menunjukkan temperaturnya.
Jangkauan: -38°C hingga 357°C
Kelebihan: Akurat, mudah dibaca
Kekurangan: Berbahaya karena mengandung merkuri, mudah pecah
Termometer Alkohol:
Sifat termometrik: Pemuaian volume alkohol
Prinsip kerja: Sama dengan termometer raksa, tetapi menggunakan alkohol sebagai pengganti merkuri.
Jangkauan: -80°C hingga 110°C
Kelebihan: Lebih aman daripada termometer raksa, mudah dibaca
Kekurangan: Kurang akurat daripada termometer raksa
2. Termometer Bimetal:
Sifat termometrik: Pemuaian dan penyusutan logam yang berbeda
Prinsip kerja: Dua logam dengan koefisien muai yang berbeda diikat bersama. Saat dipanaskan, logam melengkung dan menunjukkan temperaturnya.
Jangkauan: -50°C hingga 300°C
Kelebihan: Tahan lama, mudah digunakan
Kekurangan: Kurang akurat daripada termometer cair
3. Termometer Gas:
Sifat termometrik: Tekanan gas yang berubah dengan temperatur
Prinsip kerja: Gas dalam ruang tertutup memuai saat dipanaskan dan meningkatkan tekanan. Tekanan gas diukur dan dikonversi menjadi temperatur.
Jangkauan: -270°C hingga 1000°C
Kelebihan: Akurat, jangkauan pengukuran luas
Kekurangan: Mahal, rapuh
4. Termometer Listrik:
Termometer Hambatan (RTD):
Sifat termometrik: Resistansi logam yang berubah dengan temperatur
Prinsip kerja: Resistansi logam (seperti platina) meningkat saat dipanaskan. Resistansi diukur dan dikonversi menjadi temperatur.
Jangkauan: -200°C hingga 600°C
Kelebihan: Akurat, stabil, tahan lama
Kekurangan: Mahal, membutuhkan alat ukur khusus
Termotermokopel:
Sifat termometrik: Efek Seebeck (tegangan yang dihasilkan oleh perbedaan temperatur pada dua logam)
Prinsip kerja: Dua logam berbeda dihubungkan pada ujungnya. Perbedaan temperatur menghasilkan tegangan yang diukur dan dikonversi menjadi temperatur.
Jangkauan: -270°C hingga 2300°C
Kelebihan: Jangkauan pengukuran luas, tahan lama
Kekurangan: Kurang akurat daripada RTD, membutuhkan alat ukur khusus
5. Termometer Digital:
Berbagai jenis termometer, seperti termometer cair, bimetal, dan gas, dapat diubah menjadi termometer digital dengan menggunakan sensor dan konverter analog-digital.
Kelebihan: Mudah dibaca, dapat direkam dan disimpan
Kekurangan: Harganya lebih mahal daripada termometer analog
Faktor yang Mempengaruhi Suhu
Suhu sebuah benda dapat berubah menjadi panas atau dingin. Tentu ada banyak hal yang menjadi penyebab sebuah benda memiliki suhu rendah atau tinggi. Berikut adalah faktor-faktor yang bisa mempengaruhi suhu di permukaan bumi, di antaranya adalah:
1. Jumlah radiasi yang diterima suatu benda perhari, perbulan, pertahun, serta permusim.
2. Adanya pengaruh tempat, yaitu daratan atau lautan
3. Adanya pengaruh dari ketinggian tempat dari permukaan bumi
4. Dipengaruhi secara tidak langsung oleh pembawaan angin, apakah angin yang membawa panas atau dingin.
5. Adanya pengaruh panas laten , yakni panas yang disimpan di dalam atmosfer bumi
6. Adanya pengaruh dari penutup tanah, di mana tanah yang ditutupi vegetasi temperaturnya akan lebih rendah dibandingkan dengan tanah yang tanpa vegetasi.
7. Tipe tanah juga mempengaruhi suhu, semakin gelap tanah maka semakin tinggi pula indeks suhunya, begitu juga sebaliknya.
8. Sudut datangnya sinar matahari juga mempengaruhi suhu. Sudut datangnya sinar matahari yang lurus, akan jauh lebih panas jika dibandingkan dengan yang sudut datangnya matahari dari arah miring.
Macam Skala Suhu
1. Celcius (C)
Celcius ini merupakan skala suhu yang paling sering dipakai, baik di Indonesia maupun di luar negeri. Celcius memiliki satuan derajat C. Dalam melakukan perbandingan antara dingin dan panas, skala Celcius air membeku pada suhu 0 derajat celcius. Sementara skala celcius pada air mendidih adalah 100 derajat celcius.
2. Farenheit (F)
Kedua adalah Fahrenheit atau dikenal dengan huruf F saja. Dilihat dari Lumen Learning, Fahrenheit ini merupakan skala pengukur suhu yang paling banyak dipakai di negara Amerika Serikat. Skala Fahrenheit mempunyai satuan derajat Farenheit. Adapun di skala ini, air mendidih ada pada suhu 212 derajat F, sementara air membeku ada pada skala 32 derajat Fahrenheit.
3. Kelvin (K)
Skala pengukuran suhu selanjutnya adalah Kelvin. Skala inilah yang diketahui tidak memiliki derajat. Satuan pada skala ini adalah Kelvin (K). Sebagai perbandingan, dalam skala ini air mendidih pada suhu 373,15 Kelvin, dan air membeku pada suhu 273,15 Kelvin.
4. Reamur (R)
Terakhir ada Reamur, yaitu skala pengukur suhu yang ditemukan oleh Antoine Ferchault de Reamur pada tahun 1730. Skala Reamur ini mempunyai satuan derajat Reamur. Pada skala ini, suhu untuk air mendidih yaitu sebesar 80 derajat Reamur, dan suhu pada air membeku sebesar 0 derajat Reamur.
Apabila diambil kesimpulan, maka perbandingan antara keempat suhu di atas adalah sebagai berikut:
C : R : F : K = 100 : 80 : 180 : 100
C : R : F : K = 5 : 4 : 9 : 5
Konversi Skala Suhu:
Konversi antar skala suhu dapat dilakukan dengan rumus berikut:
Celcius ke Fahrenheit: °F = (°C × 9/5) + 32
Fahrenheit ke Celcius: °C = (°F - 32) × 5/9
Celcius ke Kelvin: K = °C + 273
Kelvin ke Celcius: °C = K - 273