Materi Kelas VII : Suhu dan Pemuaian

Pada pelajaran fisika di SMP kelas 7 salah satu materi fisika yang dipelajari adalah tentang suhu dan pemuaian. materi ini sangat erat kaitannya dalam kehidupan sehari-hari baik yang menguntungkan ataupun yang merugikan, banyak sekali manfaat yang bisa kita ambil dari belajar suhu dan pemuaian. materi ini dibuat berdasarkan apa yang saya pahami selama belajar fisika dan diambil dari berbagai sumber yang relevan. selamat menikmati...

SUHU

Suhu atau temperatur adalah derajat panas dingin suatu benda. Telah dijelaskan pada materi besaran dan pengukuran sebelumnya bahwa suhu termasuk besaran pokok yang memiliki satuan K (menurut sistem internasional atau SI), akan tetapi satuan dari suhu pada ada 4 jenis yakni Celcius, Farenheit, Reamur, dan Kelvin. Masing-masing satuan dari suhu tersebut memiliki termometer tersendiri. Mari kita bahas masing-masing dari satuan tersebut.

Celcius

Skala Celcius pertama kali diusulkan oleh Anders Celcius (1701-1744) seorang fisikawan asal swedia pada tahun 1742. Celcius memiliki 100 skala yang dimulai dari 0 ⁰C sampai 100 ⁰C. Suhu 0 ⁰C didapatkan dengan mengukur suhu es ketika mencair dan suhu 100 ⁰C didapatkan dengan mengukur suhu air ketika mendidih pada tekanan atmosfer, Satuan Celcius banyak digunakan di berbagai belahan dunia saat ini

Reamur

Skala Réaumur adalah skala temperatur yang dinamai menurut René Antoine Ferchault de Réaumur (1683-1757), yang pertama mengusulkannya pada 1731. Titik beku air adalah 0 derajat Réaumur, titik didih air 80 derajat. Jadi, satu derajat Réaumur sama dengan 1,25 derajat Celsius atau kelvin.

Skala ini mulanya dibuat dengan alcohol yang sudah agak membusuk, jadi termometer Réaumur yang dibuat dengan raksa sebenarnya bukan termometer Réaumur sejati. Pada mulanya skala Reamur banyak digunakan di Erops akan tetapi setelah ditemukan skala Celcius, banyak yang negara yang beralih menggunakan skala celcius

Fahrenheit

Skala Fahrenheit diambil dari ilmuwan Jerman yang bernama Gabriel Fahrenheit (1686-1736). Skala ini dikemukakan pada tahun 1724. Dalam skala ini, titik beku air adalah 32 derajat Fahrenheit (ditulis 32 °F) dan titik didih air adalah 212 derajat Fahrenheit. Negatif 40 derajat Fahreheit sama dengan negatif 40 derajat Celsius. Skala Fahrenheit banyak digunakan di Amerika Serikat.

Menurut artikel 1724 Fahrenheit, ia menentukan skalanya dengan mengacu pada tiga titik suhu tetap. Suhu terendah dicapai dengan menyiapkan campuran es, air, dan garam yang tepat ("amonium klorida atau bahkan garam laut"), dan menunggu hingga mencapai suhu kesetimbangan. Termometer kemudian ditempatkan ke dalam campuran dan cairan dalam termometer dibiarkan turun ke titik terendah. Pembacaan termometer di sana diambil sebagai 0 ⁰F. Titik referensi kedua dipilih sebagai pembacaan termometer ketika ditempatkan di air ketika es baru saja terbentuk di permukaan. Ini ditetapkan sebagai 32 ° F. Titik kalibrasi ketiga, diambil sebagai 96 ° F, dipilih sebagai pembacaan termometer ketika instrumen ditempatkan di bawah lengan atau di dalam mulut. Pekerjaan oleh orang lain menunjukkan bahwa air mendidih sekitar 180 derajat di atas titik beku. Skala Fahrenheit kemudian didefinisikan ulang untuk membuat interval pembekuan ke titik didih tepat 180 derajat, hingga akhirnya skala Fahrenheit memiliki skala dari 32 ⁰F sampai 212 ⁰F

Kelvin

Skala Kelvin (simbol: K) adalah skala suhu di mana nol absolut didefinisikan sebagai 0 K. Satuan untuk skala Kelvin adalah kelvin (lambang K), dan merupakan salah satu dari tujuh unit dasar SI. Satuan kelvin didefinisikan oleh dua fakta: nol kelvin adalah nol absolut (ketika gerakan molekuler berhenti, dalam termodinamika), dan satu kelvin adalah pecahan 1/273,16 dari suhu termodinamika triple point air (0,01°C). Skala suhu Celsius kini didefinisikan berdasarkan kelvin.

Kelvin dinamakan berdasarkan seorang fisikawan dan insinyur Inggris, William Thomson, 1st Baron Kelvin (1824–1907). Tidak seperti derajat Fahrenheit dan derajat Celsius, kelvin tidak ditulis sebagai derajat.

Perlu diperhatikan bahwa perubahan suhu satu derajat Celcius sama dengan perubahan suhu satu Kelvin, sehingga penggunaannya dalam termometer Kelvin memiliki batas skala 273 K = 373 K dengan 100 skala

Konversi satuan suhu

Berdasarkan penjelasan masing-masing skala suhu di atas, maka dapat dibuat perbandingan skala satuan suhu sebagai berikut

Untuk mengkonversi satuan suhu dari satu ke yang lain dapat digunakan persamaan matematis berikut ini:

Keterangan :

X     : Suhu termometer X

Y     : Suhu termometer Y

X_A    : Batas atas termometer X

X_B    : Batas bawah termometer X

Y_A    : Batas atas termometer Y

Y_B    : Batas bawah termometer Y

Persamaan di atas, merupakan persamaan dasar yang dapat dikembangkan dengan analisis matematis sederhana untuk mendapatkan berbagai jenis rumus untuk konversi satuan suhu (biasanya di buku ditulis sendiri-sendiri sehingga kelihatan banyak rumus).

Jurus Jitu :

Ketika akan mengkonversi satuan suhu, cukup pahami perbandingan skala pada termometer dan rumus dasar untuk konversi suhu (supaya tidak terlalu banyak yang di hafal). Cukup gunakan analisis matematika sederhana (perkalian silang, operasi pecahan dan aljabar) untuk menyelesaikan soal jenis ini

alat yang digunakan untuk mengukur suhu disebut dengan termometer.

Termometer yang sering dijumpai adalah termometer dengan menggunakan air raksa atau alkohol.

Termometer Air raksa

Keuntungan:

•          Mudah dilihat karena mengkilat

•          Pemuaiannya teratur

•          Tidak membasahi dinding kaca

•          Jangkauan suhunya cukup besar

Kerugian:

•          Harganya mahal

•          Tidak bisa mengukur suhu sangat rendah (<-390C)

•          Termasuk bahan beracun

Termometer Alkohol

Keuntungan:

•          Harganya murah

•          Lebih teliti

•          Titik bekunya renda (-1120C)

Kerugian

•          Titik didihnya rendah (780C)

•          Tidak berwarna

•          Membasahi dinding kaca

  

baca juga : 
materi kelas 7: besaran dan pengukuran; kalor
materi kelas 9: listrik statis

PEMUAIAN

Pemuaian adalah berubahnya ukuran suatu benda karena adanya perubahan suhu pada benda tersebut. Pemuaian dapat dibedakan menjadi tiga yakni pemuaian panjang, pemuaian luas, dan pemuaian volume.

Pemuaian panjang adalah berubahnya panjang suatu benda karena perubahan suhu (satu besaran panjang yang berubah atau satu dimensi)

Secara matematis dapat ditulis:

L = L₀ ( 1 +α∆T)

∆L = L₀ α∆T

Pemuaian luas adalah berubahnya luas suatu benda karena perubahan suhu (dua besaran panjang yang berubah atau dua dimensi)

Secara matematis dapat ditulis:

A = A₀ ( 1 +β∆T)

∆A = A₀ β ∆T

Pemuaian volume adalah berubahnya volume suatu benda karena adanya perubahan suhu (tiga besaran panjang yang berubah atau tiga dimensi)

Secara matematis dapat ditulis:

V = V₀ ( 1 +γ∆T)

∆V = V₀ γ ∆T

α (alpha) koefisien muai panjang, β (beta) koefisien muai luas, γ  (gamma) koefisien muai volume. Khusus untuk zat gas dan zat cair hanya mengalami pemuaian volume. Sehingga hubungan antara alpha, beta dan gama dapat ditulis

β = 2 α

γ  = 3α

Tips:

Semakin besar koefisien muai panjang suatu benda, maka benda tersebut semakin mudah memuai

Salah satu alat yang menerapkan konsep pemuaian adalah bimetal. Bimetal merupakan dua logam berbeda jenis yang digabung menjadi satu seperti pada gambar di bawah ini.

koefisien muai logam A lebih besar dari koefisien muai logam B

Berdasarkan bimetal diatas ada dua keadaan

Pertama apabila bimetal tersebut dipanaskan, maka akan melengkung ke logam B (ke arah logam dengan koefisien muai logam yang lebih kecil).

Kedua apabila bimetal tersebut didinginkan, maka akan melengkung ke arah logam A (ke arah logam dengan koefisien muai lebih besar)

Sumber :

https://en.wikipedia.org
Halliday, D. dan Resnick, R., 2008, Fundamental of Physics 8th edition, John Wiley and sons, Inc.,

Tsokos, K, A. 2014, Physics for the IB Diploma Sixth Edition, Cambrige University press’s

Pujiyanta, Dasihanto. P, Sutantao. P dan Arahim, Z. 2009. Ilmu pengetahuan alam kelas VII SMP/MTs. Pusat Perbukuan Departemen Pendidikan Nasional.