Rumus Dasar Penetapan Skala Termometer, Contoh Soal dan Pembahasan

Daftar Materi Fisika

• 1. Besaran Fisika
• 2. Vektor dan Resultan
• 3. Mekanika (Kinematika dan Dinamika)
• 4. Fisika Optik
• 5. Suhu dan Kalor

Advertisement

Baca Juga:

Dalam kehidupan sehari-hari kalian sering mendengar tentang suhu, misalnya pada musim panas kalian dapat mengetahui suhunya tinggi. Pada kejadian lain kalian dapat mendinginkan suatu ruangan dengan menurunkan suhu AC (pendingin) yang digunakan. Penggunaan kata-kata itu sudah tepat. Suhu merupakan ukuran panas dinginnya suatu benda. Sedangkan termometer adalah alat ukur suhu.

Dengan menggunakan termometer, kita dapat menentukan suhu suatu benda secara kuantitatif, karena kita dapat mengetahui angka yang menyatakan besarnya suhu benda tersebut. Hal ini dikarenakan pada dinding kaca termometer terdapat skala skala berisi deretan titik atau garis yang disebut titik referensi.

Setiap titik referensi tersebut, selanjutnya diberi angka. Ada dua titik tetap sebagai standar pembuatan skala titik referensi itu, yaitu titik tetap bawah dan titik tetap atas. Lalu tahukah kalian apa yang disebut dengan titik tetap bawah dan atas tersebut?

■ Titik tetap bawah (titik beku) didefinisikan sebagai suhu di mana fase padat dan cair ada bersama dalam kesetimbangan, yaitu tanpa adanya zat cair total yang berubah menjadi padat atau sebaliknya. Secara eksperimen, hal ini hanya terjadi pada suhu tertentu, untuk tekanan tertentu.

■ Titik tetap atas (titik didih) didefinisikan sebagai suhu di mana zat cair dan gas ada bersama dalam kesetimbangan. Karena titik-titik ini (titik beku dan titik didih) berubah terhadap tekanan, maka tekanan harus ditentukan (bisanya sebesar 1 atm).

Bagaimana Cara Pembuatan Skala Suatu Termometer?

Jenis termometer yang paling banyak digunakan adalah termometer zat cair. Termometer zat cair bekerja berdasarkan pemuaian zat cair. Maka diperlukan zat cair yang mempunyai spesifikasi khusus, antara lain dikenai panas cepat memuai, jika panasnya berkurang mudah menyusut.

Skala yang digunakan untuk mengetahui derajat panas benda yang diukur dibuat di antara pemuaian maksimal (titik tetap atas) dengan penyusutan maksimalnya (titik tetap bawah).

Untuk membuat skala termometer terlebih dahulu harus ditentukan titik tetap atas dan titik tetap bawahnya, kemudian ditentukan jumlah skalanya. Misalnya, pada termometer Celcius ditentukan sebagai berikut.

■ Titik tetap bawah yang digunakan adalah es yang sedang mencair (es yang sedang melebur) pada tekanan 1 atm. Titik tetap bawah diberi angka 0 (nol).

■ Titik tetap atas yang digunakan adalah air yang sedang mendidih pada tekanan 1 atm. Titik tetap atas diberi angka 100.

■ Antara angka 0 sampai 100 dibuat skala 100 masing-masing skala mewakili 1oC.

Batas bawah dan batas atas yang digunakan pada termometer celcius adalah es yang sedang melebur dan air yang sedang mendidih, karena pada saat melebur atau mendidih sedang terjadi perubahan wujud zat. Pada saat perubahan wujud zat suhunya tidak mengalami perubahan (suhunya tetap).

Berdasarkan ketentuan batas bawah dan batas atas dari suatu termometer, kita dapat menentukan skala termometer sesuai dengan keinginan kita dan dapat mengkonversikan ke dalam skala celcius atau skala termometer yang lain, misalnya untuk termometer celcius menggunakan 100 skala sedangkan termometer Reamur menggunakan 80 skala. Konversi suhu termometer celcius dengan reamur perbandingannya adalah:

tR	=	80	atau	tR	=	4
tC		100		tC		5

Contoh:

Benda dengan suhu 80oC apabila diukur menggunakan termometer reamur suhunya adalah 64oR perhitungannya adalah sebagai berikut.

tR	=	4	×	tC	=	4	×	80	=	64oR
		5				5

Rumus Penetapan Skala Termometer

Kalian perlu mengetahui bahwa termometer telah banyak dirancang oleh ilmuwan diantaranya ada tiga skala termometer yang perlu kalian ketahui, yaitu termometer Celcius, Reamur dan Fahrenheit. Termometer-termometer itu dirancang dengan menggunakan sifat pemuaian suatu zat. Perbandingan skala termometer Celcius, Reamur, Fahrenheit, dan Kelvin yaitu sebagai berikut.

Tabel Perbandingan Skala Termometer

Jenis Termometer	Titik Tetap Bawah	Titik Tetap Atas	Selisih (Jumlah Skala)
Celcius	0oC	100oC	100
Reamur	0oR	80oR	80
Fahrenheit	32oF	212oF	180
Kelvin	273 K	373 K	100

Jika bahan yang digunakan sama maka pemuaian yang terjadi juga sama, tetapi karena skala yang digunakan berbeda akibatnya perlu penyesuaian. Dengan sifat pemuaian yang digunakan maka kesetaraan skala termometer dapat dilakukan dengan cara membandingkan. Perbandingan tiap skala akan sama. Perhatikan gambar berikut ini.

Termometer X dengan titik tetap bawah (tb)X dan titik tetap atas (ta)X. Termometer Y dengan titik tetap bawah (tb)Y dan titik tetap atas (ta)Y. Titik tetap bawah dan titik tetap atas kedua termometer di atas adalah suhu saat es melebur dan suhu saat air mendidih pada tekanan 1 atmosfer.

Dengan membandingkan perubahan suhu dan interval kedua titik tetap masing-masing termometer, diperoleh hubungan sebagai berikut.

(ta)X – tX	=	(ta)Y – tY
(ta)X – (tb)X		(ta)Y – (tb)Y

Keterangan:

(ta)X = titik tetap atas termometer X

(tb)X = titik tetap bawah termometer X

tX = suhu pada termometer X

(ta)Y = titik tetap atas termometer Y

(tb)Y = titik tetap bawah termometer Y

tY = suhu pada termometer Y

Contoh Soal 1:

Sebuah termometer X setelah ditera dengan termometer Celcius di dapat 40oC = 80oX dan 20oC = 50oX. Jika suhu sebuah benda 80oC, maka berapa oX suhu benda tersebut?

Penyelesaian:

Diketahui:

40oC = 80oX

20oC = 50oX

Ditanya: 80oC = ... oX

Jawab:

Untuk mempermudah dalam memahami soal di atas, perhatikan gambar ilustrasi berikut ini.

Berdasarkan gambar di atas, maka keseteraan skala pada termometer Celcius dan termometer X adalah sebagai berikut.

80 – 40	=	tX – 80
80 – 20		tX – 50

40	=	tX – 80
60		tX – 50

4	=	tX – 80
6		tX – 50

4(tX – 50) = 6(tX – 80)

4tX – 200 = 6tX – 480

6tX – 4tX = 480 – 200

2tX = 280

tX = 280/2

tX = 140

Jadi, 80oC = 140oX

Contoh Soal 2:

Suatu termometer X mengukur suhu es sedang melebur pada −10oX dan mengukur suhu air mendidih pada 110oX. Termometer Celcius mengukur suhu benda tersebut adalah 40oC. Berapa suhu benda tersebut jika diukur dengan termometer X?

Penyelesaian:

Diketahui:

(tb)X = −100X

(ta)X = 1100X

tC = 400C

Titik tetap atas termometer Celcius adalah 100oC dan titik tetap bawahnya adalah 0oC sehingga:

(ta)C = 1000C

(tb)C = 00C

Ditanyakan: tX

Jawab:

(ta)X – tX	=	(ta)C – tC
(ta)X – (tb)X		(ta)C – (tb)C

110 – tX	=	100 – 40
110 – (−10)		100 – 0

110 – tX	=	60
120		100

110 – tX	=	6
120		10

10(110 – tX) = (120)(6)

1100 – 10tX = 720

10tX = 1100 – 720

10tX = 380

tX = 380/10

tX = 38

Jadi, suhu benda tersebut apabila diukur dengan termometer X adalah 38oX.

Contoh Soal 3:

Termometer X dirancang dapat mengukur air membeku pada skala - 40 dan air mendidih pada skala 160. Jika suatu benda diukur dengan termometer Reamur menunjukkan nilai 20oR maka tentukan nilai yang ditunjuk saat diukur dengan termometer X!

Penyelesaian:

Diketahui:

(tb)X = −40oX

(ta)X = 160 oX

tR = 20

Titik tetap atas termometer Reamur adalah 80oR dan titik tetap bawahnya adalah 0oR sehingga:

(ta)R = 0oR

(tb)R = 80oR

Ditanyakan: tX?

Jawab:

(ta)X – tX	=	(ta)R – tR
(ta)X – (tb)X		(ta)R – (tb)R

160 – tX	=	80 – 20
160 – (−40)		80 – 0

160 – tX	=	60
200		80

160 – tX	=	6
200		8

8(160 – tX) = (200)(6)

1280 – 8tX = 1200

8tX = 1280 – 1200

8tX = 80

tX = 80/8

tX = 8

Jadi, suhu benda tersebut apabila diukur dengan termometer X adalah 8oX.

Contoh Soal 4:

Suhu es yang sedang melebur dan suhu air mendidih apabila diukur dengan termometer A masing-masing besarnya 10oA dan 130oA. Suhu suatu benda diukur dengan termometer skala Fahrenheit sebesar 62oF. Berapa suhu benda tersebut jika diukur dengan termometer A?

Penyelesaian:

Diketahui:

(tb)A = 10oA

(ta)A = 130oA

tF = 62oF

Titik tetap atas termometer Fahrenheit adalah 212oF dan titik tetap bawahnya adalah 320F sehingga:

(ta)F = 212oF

(tb)F = 32oF

Ditanyakan: tA?

Jawab:

(ta)A – tA	=	(ta)F – tF
(ta)A – (tb)A		(ta)F – (tb)F

130 – tA	=	212 – 62
130 – (10)		212 – 32

130 – tA	=	150
120		180

130 – tA	=	5
120		6

6(130 – tA) = (120)(5)

780 – 6tA = 600

6tA = 780 – 600

6tA = 180

tA = 180/6

tA = 30

Jadi, suhu benda tersebut apabila diukur dengan termometer A adalah 30oA.