Suhu: Pengertian, Satuan, Alat Ukur, Penetapan Skala, 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:

Istilah suhu sudah sering kalian gunakan dalam kehidupan sehari-hari. Namun, terkadang kita mengacaukan pengetian suhu sebagai panas. Padahal suhu dan panas adalah dua hal yang berbeda, walaupun keduanya mempunyai kaitan yan sangat erat. Lalu tahukah kalian apa yang dimaksud dengan suhu (temperatur) itu? Dan apa perbedaan antara suhu dengan panas? Untuk mengetahui jawabannya, silahkan kalian simak baik-baik penjelasan berikut ini.

Pengertian Suhu (Temperatur)

Sebelum kalian dapat mendefinisikan apa itu suhu, kalian harus mengetahui terlebih dahulu mengenai beberapa peristiwa sehari-hari yang berkaitan dengan suhu dan kalor. Untuk itu silahkan kalian lakukan diskusi untuk menemukan jawaban dari pertanyaan-pertanyaan berikut ini.

Kegiatan Diskusi

Diskusikan bersama teman sebangku kalian berberapa kejadian berikut dan jawablah pertanyaan yang diberikan. 1. Ketika kita memanaskan air selama beberapa menit, bagaimanakah suhu air dibandingkan suhu semula? Apakah yang terjadi jika air dipanaskan terus menerus? 2. Kita dapat merasakan panasnya api unggun ketika berada di sekitarnya, walaupun berada beberapa meter dari sumber api. Demikian pula dengan matahari. Kita semua percaya bahwa matahari sangat panas. Panas ini dapat sampai ke bumi dan dapat kita rasakan. Menunjukkan apakah kedua peristiwa tersebut? 3. Jika kita memasukkan es batu ke dalam sebuah gelas, maka di bagian luar gelas akan terbentuk embun. Dari manakah embun ini berasal? 4. Sebuah benda yang dipanaskan atau diberi kalor dapat mengalami perubahan bentuk. Misalnya, air yang dipanaskan akan berubah menjadi uap air. Sebutkan contoh yang menunjukkan adanya perubahan bentuk akibat penambahan atau pengurangan kalor.

Beberapa peristiwa yang telah kalian diskusikan pada kegiatan di atas berkaitan erat dengan pengertian suhu dan kalor. Ketika kita memanaskan air, berarti kita menambahkan sejumlah kalor pada air. Akibat penambahan kalor ini, suhu air akan meningkat atau terjadi perubahan suhu.

Dari kenyataan tersebut, jelaslah bahwa suhu dan kalor adalah dua hal yang berbeda. Berikut ini adalah definisi dari suhu dan kalor.

Suhu menyatakan derajat panas suatu benda atau ukuran panas dinginnya suatu benda. Sedangkan panas atau kalor merupakan salah satu bentuk energi yang dapat menyebabkan perubahan suhu.

Suhu yang dialami pada suatu benda tergantung energi panas yang masuk pada benda tersebut. Benda dikatakan panas jika bersuhu tinggi sedang benda dikatakan dingin jika bersuhu rendah. Pada umumnya benda yang bersuhu tinggi (panas), akan mengalirkan suhunya ke benda yang memiliki suhu lebih rendah.

Air panas yang dicampur dengan air dingin akan menjadi air hangat. Hal ini berarti ada sesuatu yang berpindah atau masuk pada air dingin, yaitu panas atau kalor. Air hangat merupakan keseimbangan antara suhu panas dan dingin.

Satuan Suhu (Temperatur)

Suhu merupakan salah satu besaran pokok. Satuan suhu dalam Sistem Internasional (SI) adalah Kelvin (K), satuan suhu lainnya yang sering digunakan adalah celcius (0°C), reamur (0°R) dan fahrenheit (0°F). Dalam kehidupan sehari-hari di negara kita menggunakan satuan 0°C (derajat celcius), sedangkan beberapa negara Eropa, seperti Negara Inggris menggunakan satuan 0°F (derajat fahrenheit).

Untuk mengubah satuan suhu dan Celcius menjadi Kelvin dan sebaliknya, dapat menggunakan rumus konversi satuan berikut.

T K = (T°C + 273) K

T°C = (T K – 273)°C

Contoh Soal:

Suhu suatu zat apabila dinyatakan dalam satuan Kelvin sebesar 412 K. Berapakah suhu zat tersebut apabila dinyatakan dalam satuan Celcius?

Jawab:

T°C = (T K – 273)°C

T°C = (412 – 273)°C

T°C = 139°C

Jadi dalam satuan Celcius, suhu zat tersebut adalah 139°C.

Alat Ukur Suhu (Temperatur)

Tangan atau kulit kita sebenarnya dapat merasakan adanya perbedaan suhu dari benda-benda di sekitar kita. Akan tetapi, kita tidak dapat menentukan secara pasti jumlah perbedaan suhu dua benda dalam waktu bersamaan. Kita hanya dapat membedakan bahwa benda satu lebih panas atau lebih dingin dari benda lainnya.

Hal tersebut menunjukkan bahwa pengukuran suhu menggunakan tangan atau kulit kurang akurat, karena orang yang berbeda akan mengatakan hal yang berbeda. Contoh sederhana yang menunjukkan keterbatasan tangan untuk mengukur suhu adalah dengan melakukan perobaan sederhana berikut ini

Percobaan Sederhana

Lakukanlah kegiatan ini di rumah kalian. Sediakan tiga buah baskom atau tempat air lainnya. Isilah baskom pertama dengan air dingin, baskom kedua dengan air hangat, dan baskom ketiga dengan air biasa. Selanjutnya, masukkan tangan kanan kalian pada baskom pertama dan tangan kiri pada baskom kedua secara bersamaan selama kurang lebih 5 menit. Setelah itu, angkatlah kedua tangan dan segera masukkan ke baskom ketiga secara bersamaan. Apakah yang kalian rasakan? Apakah kedua tangan kalian merasakan suhu air pada baskom ketiga sama? Buatlah kesimpulan dari hasil percobaan kalian.

Dari hasil eksperimen sederhana di atas, kita semua menyadari bahwa tangan kita bukan alat pengukur suhu yang baik. Buktinya kedua tangan kita merasakan hal yang berbeda saat berada di baskom ketiga. Padahal, suhu air pada baskom ketiga tetap tidak berubah. Hanya karena keadaan awal kedua tangan kita yang berbeda, kita merasakan adanya perbedaan suhu pada baskom ketiga.

Inilah salah satu bukti keterbatasan tangan atau kulit kita dalam mengukur suhu. Untuk itulah diperlukan suatu alat pengukur suhu yang kita sebut sebagai termometer. Termometer bekerja menggunakan bahan yang bersifat termometrik. Artinya, sifat-sifat benda tersebut dapat berubah jika ada perubahan suhu. Berdasarkan sifat ini, terdapat beberapa jenis termometer, yaitu:

■ Termometer zat cair yang bekerja berdasarkan pemuaian zat cair yang dipanaskan.

■ Termometer bimetal yang bekerja berdasarkan pemuaian logam yang dipanaskan.

■ Termometer hambatan yang bekerja karena bertambahnya hambatan listrik jika kawat logamnya dipanaskan. Kemudian, akan terjadi pulsa-pulsa listrik yang menunjukkan suhu yang diukur.

■ Termokopel yang prinsipnya terjadi pemuaian dua logam karena ujungnya disentuhkan. Akibatnya timbullah gaya gerak listrik (GGL) dan inilah yang akan menunjukkan suhu suatu benda

■ Pyrometer, merupakan alat ukur untuk suhu yang tinggi (5000 C – 3.0000 C). Alat ini bekerja berdasarkan intensitas radiasi yang dipancarkan oleh benda panas.

Temperatur zat yang diukur sama besarnya dengan skala yang ditunjukkan oleh termometer saat terjadi kesetimbangan termal antara zat dengan termometer. Jadi, temperatur yang ditunjukkan oleh termometer sama dengan temperatur zat yang diukur. Zat cair yang umum digunakan dalam termometer adalah air raksa.

Hal ini dikarenakan air raksa memiliki keunggulan dibandingkan zat cair lainnya. Keunggulan air raksa dari zat cair lainnya, yaitu

● Dapat menyerap panas suatu benda yang akan diukur sehingga temperatur air raksa sama dengan temperatur benda yang diukur.

● Dapat digunakan untuk mengukur temperatur yang rendah hingga temperatur yang lebih tinggi karena air raksa memiliki titik beku pada temperatur –39°C dan titik didihnya pada temperatur 357°C.

● Tidak membasahi dinding tabung sehingga pengukurannya menjadi lebih teliti,

● Pemuaian air raksa teratur atau linear terhadap kenaikan temperatur, kecuali pada temperatur yang sangat tinggi.

● Mudah dilihat karena air raksa dapat memantulkan cahaya.

Selain air raksa, dapat juga digunakan alkohol untuk mengisi tabung termometer. Akan tetapi, alkohol tidak dapat mengukur temperatur yang tinggi karena titik didihnya 78°C, namun alkohol dapat mengukur temperatur yang lebih rendah karena titik bekunya pada temperatur –144°C. Jadi, termometer yang berisi alkohol baik untuk mengukur temperatur yang rendah, tetapi tidak dapat mengukur temperatur yang lebih tinggi.

Penentuan Skala Suhu (Temperatur)

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. Kemudian, di antara keduanya dibagi dalam beberapa skala kecil.

Beberapa ilmuwan telah menentukan titik acuan dalam termometer. Skala yang mereka tentukan menjadi dasar penentuan skala suhu. Ilmuwan yang dimaksud antara lain:

■ Anders Celcius (1701 – 1744). Ia membuat termometer dengan titik beku air pada skala 0 dan titik didih air pada skala 100. Termometer buatannya dikenal sebagai termometer Celcius dengan satuan suhu dalam derajat Celcius (oC). Jadi, termometer celcius mempunyai titik bawah 0oC dan titik atasnya 100oC.

■ Gabriel Daniel Fahrenheit (1686 – 1736). Ia menetapkan titik beku air pada skala 32o sebagai titik acuan bawah dan titik didih air pada skala 212oC sebagai titik acuan atas. Termometer hasil rancangannya disebut termometer Fahrenheit dengan satuan suhu derajat Fahrenheit (oF).

■ Antoine Ferchault de Reamur (1683 – 1757). Termometer rancangannya disebut sebagai termometer Reamur dengan titik acuan bawah 0oR dan titik acuan atas 80oR.

■ Lord Kelvin (1824 – 1904). Ia merancang termometer yang dikenal sebagai termometer Kelvin. Termometer ini mempunyai titik acuan bawah 273 dan titik acuan atas 373. Skala satuan suhu termometer ini dinyatakan dalam Kelvin (K) tanpa derajat.

Berdasarkan penetapan dari ilmuwan-ilmuwan tersebut, kita dapat mengenal 4 macam skala (derajat) dalam suhu, yaitu Celcius (oC), Fahrenheit (oF), Ramur (oR), dan Kelvin (K). Perhatikan penetapan skala beberapa termometer pada gambar di bawah ini.

Interval dari skala tersebut berbeda-beda. Interval skala Celcius dan Kelvin adalah 100, interval skala Reamur adalah 80, sedangkan interval skala Fahrenheit adalah 180. Berdasarkan skala ini, kita akan mendapatkan perbandingan skala suhu C, R, F, dan K sebagai berikut.

C : R : F : K = 100 : 80 : 180 : 100 = 5 : 4 : 9 : 1

Berdasarkan perbandingan tersebut, kita dapat melakukan penyetaraan (konversi) di antara keempat skala tersebut. Langkah penyetaraan ini, dapat kalian pelajari dari bagan pada gambar di bawah ini.

Satuan skala Kelvin juga disepakati sebagai standar satuan suhu. Suhu yang dinyatakan dengan skala Kelvin disebut sebagai suhu mutlak, yang dilambangkan dengan T. Suhu mutlak merupakan satuan suhu yang sering digunakan dalam perhitungan fisika maupun kimia.

Nah, untuk mengetahui cara penggunaan bagan konversi suhu seperti yang ditunjukkan pada gambar di atas, perhatikan contoh soal koversi satuan suhu dan pembahasannya berikut ini.

Contoh Soal:

Setarakan suhu berikut sesuai satuan yang dikehendaki.

a) 40oR = … oC

b) 20oC = … oR

c) 50oF = … oR

d) 59oF = … oC

Penyelesaian:

a) Untuk mengubah oR ke dalam oC, kita menggunakan faktor konversi berikut.

ToR	=	5	×	ToC
		4

40oR	=	5	×	40oC
		4

40oR

=

50oC

b) Untuk mengubah oC ke dalam oR, kita menggunakan faktor konversi berikut.

ToC	=	4	×	ToR
		5

20oC	=	4	×	20oR
		5

20oC

=

17oR

c) Untuk mengubah oF ke dalam oR, kita menggunakan faktor konversi berikut.

ToF	=	4	×	(T – 32)oR
		9

50oF	=	4	×	(50 – 32)oR
		9

50oF

=

8oR

d) Untuk mengubah oF ke dalam oC, kita menggunakan faktor konversi berikut.

ToF	=	5	×	(T – 32)oC
		9

59oF	=	5	×	(59 – 32)oC
		9

59oF

=

15oC