Ilmu Pengetahuan Alam: Suhu dan Pengukuran

Suhu

• Suhu mengindikasikan derajat panas atau dingin suatu benda.
• Termometer digunakan untuk mengukur suhu.
• Prinsip kerja termometer didasarkan pada perubahan sifat termometrik zat terhadap suhu.
• Perubahan tersebut meliputi pemuaian volume zat cair (alkohol, raksa).
• Perubahan tersebut meliputi pemuaian panjang zat padat (bimetal).
• Perubahan tersebut meliputi perubahan hambatan listrik.
• Perubahan tersebut meliputi radiasi inframerah.
• Skala suhu yang umum digunakan adalah Celsius (°C), Fahrenheit (°F), Kelvin (K), dan Réaumur (°R).
• Titik tetap bawah skala Celsius adalah 0 °C, yang merupakan titik beku air.
• Titik tetap atas skala Celsius adalah 100 °C, yang merupakan titik didih air.
• Titik tetap bawah skala Fahrenheit adalah 32 °F (titik beku air).
• Titik tetap atas skala Fahrenheit adalah 212 °F (titik didih air).
• Titik tetap bawah skala Kelvin adalah 273 K (titik beku air).
• Skala Kelvin tidak memiliki titik tetap atas yang didasarkan pada didih air pada tekanan atmosfer standar.
• Titik tetap bawah skala Réaumur adalah 0 °R (titik beku air).
• Titik tetap atas skala Réaumur adalah 80 °R (titik didih air).
• Konversi suhu antar skala adalah sebagai berikut:
  • °C = 5/9 (°F - 32)
  • °F = (9/5 °C) + 32
  • K = °C + 273
  • °R = 4/5 °C

Kalor

• Kalor adalah energi yang berpindah dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah saat bersentuhan.
• Satuan kalor dalam Sistem Internasional (SI) adalah Joule (J).
• Kalori (kal) juga digunakan sebagai satuan kalor.
• Satu kalori didefinisikan sebagai jumlah kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 gram air sebesar 1°C.
• 1 kalori setara dengan 4,184 Joule atau dibulatkan menjadi 4,2 J.
• Kalor jenis (c) adalah kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 kg zat sebesar 1°C.
• Rumus kalor adalah Q = mcΔT, dengan:
  • Q adalah kalor (Joule atau kalori)
  • m adalah massa benda (kg atau gram)
  • c adalah kalor jenis zat (J/kg°C atau kal/g°C)
  • ΔT adalah perubahan suhu (°C)
• Kalor laten adalah kalor yang diserap atau dilepaskan selama perubahan wujud zat tanpa perubahan suhu.
• Kalor laten meliputi kalor lebur (saat melebur atau membeku).
• Kalor laten meliputi kalor uap (saat menguap atau mengembun).
• Rumus kalor laten adalah Q = mL, dengan:
  • Q adalah kalor (Joule atau kalori)
  • m adalah massa benda (kg atau gram)
  • L adalah kalor laten (kalor lebur atau kalor uap) (J/kg atau kal/g)
• Asas Black menyatakan kalor yang dilepas benda panas sama dengan kalor yang diserap benda dingin: Qlepas = Qserap.

Perpindahan Kalor

• Konduksi adalah perpindahan kalor melalui zat tanpa perpindahan partikel, umumnya terjadi pada zat padat.
• Laju konduksi kalor dipengaruhi oleh luas penampang (A).
• Laju konduksi kalor dipengaruhi oleh perbedaan suhu (ΔT).
• Laju konduksi kalor dipengaruhi oleh ketebalan bahan (d).
• Laju konduksi kalor dipengaruhi oleh konduktivitas termal (k).
• Rumus konduksi kalor: Q/t = kA(ΔT/d), dengan:
  • Q/t adalah laju kalor (J/s atau Watt)
  • k adalah konduktivitas termal (W/m°C)
  • A adalah luas penampang (m²)
  • ΔT adalah perbedaan suhu (°C)
  • d adalah tebal bahan (m)
• Konveksi adalah perpindahan kalor melalui zat yang disertai perpindahan partikel, umumnya terjadi pada zat cair dan gas.
• Konveksi terjadi karena perbedaan massa jenis yang disebabkan oleh perbedaan suhu.
• Radiasi adalah perpindahan kalor tanpa medium perantara, dapat terjadi dalam vakum.
• Semua benda dengan suhu di atas nol mutlak memancarkan radiasi kalor.
• Laju radiasi kalor dipengaruhi oleh luas permukaan (A).
• Laju radiasi kalor dipengaruhi oleh suhu mutlak (T).
• Laju radiasi kalor dipengaruhi oleh emisivitas (e).
• Laju radiasi kalor dipengaruhi oleh konstanta Stefan-Boltzmann (σ).
• Rumus radiasi kalor: P = eσAT⁴, dengan:
  • P adalah daya radiasi (Watt)
  • e adalah emisivitas (0 < e < 1)
  • σ adalah konstanta Stefan-Boltzmann (5,67 x 10⁻⁸ W/m²K⁴)
  • A adalah luas permukaan (m²)
  • T adalah suhu mutlak (Kelvin)

Pemuaian

• Pemuaian adalah perubahan ukuran benda akibat perubahan suhu.
• Pemanasan menyebabkan partikel zat bergerak lebih cepat dan menjauh, menyebabkan pemuaian.
• Tiga jenis pemuaian meliputi pemuaian panjang.
• Tiga jenis pemuaian meliputi pemuaian luas.
• Tiga jenis pemuaian meliputi pemuaian volume.
• Pemuaian panjang terjadi pada benda padat dengan satu dimensi dominan, contohnya kawat.
• Rumus pemuaian panjang: ΔL = αL₀ΔT, dengan:
  • ΔL adalah perubahan panjang
  • α adalah koefisien muai panjang
  • L₀ adalah panjang awal
  • ΔT adalah perubahan suhu
• Pemuaian luas terjadi pada benda padat dengan dua dimensi dominan, contohnya plat tipis.
• Rumus pemuaian luas: ΔA = βA₀ΔT, dengan:
  • ΔA adalah perubahan luas
  • β adalah koefisien muai luas (β ≈ 2α)
  • A₀ adalah luas awal
  • ΔT adalah perubahan suhu
• Pemuaian volume terjadi pada benda padat, cair, dan gas yang memiliki tiga dimensi.
• Rumus pemuaian volume: ΔV = γV₀ΔT, dengan:
  • ΔV adalah perubahan volume
  • γ adalah koefisien muai volume (γ ≈ 3α)
  • V₀ adalah volume awal
  • ΔT adalah perubahan suhu
• Pemuaian volume penting pada zat cair karena zat cair tidak memiliki bentuk tetap.
• Pemuaian gas lebih kompleks karena sensitif terhadap perubahan suhu dan tekanan.
• Hukum Charles (V₁/T₁ = V₂/T₂) menjelaskan pemuaian gas pada tekanan konstan.
• Hukum Gay-Lussac (P₁/T₁ = P₂/T₂) menjelaskan pemuaian gas pada volume konstan.
• Bimetal adalah gabungan dua logam berbeda yang akan membengkok jika dipanaskan atau didinginkan karena perbedaan koefisien muai panjangnya.
• Bimetal digunakan pada termostat dan sakelar otomatis.
• Aplikasi pemuaian dalam kehidupan sehari-hari meliputi pemasangan rel kereta api.
• Aplikasi pemuaian dalam kehidupan sehari-hari meliputi jembatan.
• Aplikasi pemuaian dalam kehidupan sehari-hari meliputi kabel listrik.
• Aplikasi pemuaian dalam kehidupan sehari-hari meliputi termostat.