A. Suhu dan Termometer
Suhu adalah besaran pokok yang menyatakan derajat panas atau dingin suatu benda. Suhu dapat dinyatakan dengan berbagai skala sesuai dengan termometer yang digunakan, namun satuan Internasional untuk suhu adalah Kelvin. Suhu suatu zat menggambarkan energi yang terkandung dalam zat tersebut. Semakin tinggi suhu zat, maka makin besar pula energi yang terkandung dalam zat tersebut.#1 Jenis-jenis Termometer
Suhu zat atau benda dapat diukur dengan menggunakan termometer. Termometer yang umum digunakan terbuat dari kaca ransparan dan diisi dengan zat cair. Beberapa jenis termometer yang umum digunakan antaralain termometer cairan, termometer raksa, termmeter alkohol, termometer klinis, termometer gas, termometer hambatan, termokopel, dan pirometer.
#2 Konversi Skala Termometer
Karena berbeda jenis termometer berbeda pula skalanya, maka kadangkala kita harus mengkonversi skala untuk menytakan suhu berdasarkan satuan tertentu. Secara umum, kita dapat menentukan konversi skala dari satu termometer ke termoter lain dengan cara melihat titik tetap bawah (titik beku) dan titik tetap atas (titik didih) dari masing-masing termometer.
|
Keterangan :
X = suhu yang ditunjukan termometer X
Y = suhu yang ditunjukan termometer Y
Xo = titik tetap bawah termometer X
Xt = titik tetap atas termometer X
Yo = titik tetap bawah termometer Y
Yt = titik tetap atas termometer Y.
B. Pemuaian Zat
Pemuaian adalah peristiwa memuainya zat ketika dipanaskan. Ketika suatu zat dipanaskan, partikel-partikel zat akan bergetar lebih cepat dan saling menjauh sehingga ukurannya bertambah dan benda pun memuai. Sebaliknya, ketika zat didinginkan, maka benda akan menyusut karena getaran partikel zat lebih lemah dan saling mendekat. Secara garis besar, pemuaian zat dibedakan menjadi pemuaian panjang, pemuaian luas, dan pemuaian volume.#1 Pemuaian Panjang
Pada pemuaian panjang, terjadi pertambahan panjang akibat kenaikan suhu. Besar pertambahan panjang yang dialami oleh zat pada akibat pemuaian dapat dihitung dengan rumus berikut :
| ΔL = α . Lo ΔT = L - Lo |
Panjang benda atau zat padat setelah memuai dihitung dengan rumus :
| L = Lo (1 + α.ΔT) |
Keterangan :
ΔL = pertambahan panjang benda akibat pemuaian (m)
α = koefisien muai panjang (oC-1 atau K-1)
Lo = panjang benda mula-mula (m)
ΔT = T-To = kenaikan suhu (oC atau K)
L = panjang benda setelah mengalami pemuaian (m).
#2 Pemuaian Luas
Pada pemuaian luas, terjadi perubahan luas benda atau zat padat akibat kenaikan suhu. Pada pemuaian luas berlaku rumus sebagai berikut :
| ΔA = β Ao ΔT = A - Ao |
| A = Ao (1 + β . ΔT) |
| β = 2α |
Keterangan :
ΔA = pertambahan luas benda akibat pemuaian (m2)
β = koefisien muai luas (oC-1 atau K-1)
Ao = luas benda mula-mula (m2)
ΔT = T - To = kenaikan suhu (oC1 atau K1)
A = luas benda setelah pemuaian (m2).
#3. Pemuaian Volume
Pada pemuaian volume, terjadi perubahan atau peningkatan volume benda akibat kenaikan suhu. Pada pemuaian volume, berlaku rumus berikut :
| ΔV = γ Vo ΔT = V - Vo |
| V = Vo (1 + γ . ΔT) |
| γ = 3α |
Keterangan :
ΔV = petambahan volume benda akibat pemuaian (m3)
γ = koefisien muai volume (oC-1 atau K-1)
Vo = volume benda mula-mula (m3)
ΔT = T-To = kenaikan suhu (oC1 atau K1)
V = volume benda setelah pemuaian (m3).
C. Kalor dan Kalor Jenis
Kalor adalah energi yang berpindah dari benda yang suhunya lebih tinggi ke benda yang suhunya lebih rendah. Dengan kata lain, kalor merupakan perpindahan sebagian energi dalam dari suatu zat ke zat yang lain yang saling bersentuhan karena adanya perbedaan suhu.#1 Kalor Jenis
Kalor jenis adalah kalor yang diperlukan oleh 1 gram zat untuk menaikkan suhunya sebesar 1oC. Kalor jenis merupakan sifat khas atau karakteristik suatu zat yang membedakannya dengan zat lain. Hal ini berkaitan dengan kemampuannya dalam meyerap kalor.
| Q = m.c.ΔT |
Keterangan :
c = kalor jenis suatu zat (J/kgK)
Q = besaran kalor (Joule atau Kalori)
m = massa zat atau massa benda (kg)
ΔT = perubahan suhu (K).
#2 Kapasitas Kalor
Kapasitas kalor adalah besaran yang menyatakan banyaknya kalor yang diperlukan oleh suatu zat untuk menaikkan suhunya sebesar 1oC.
| Q = C . ΔT |
Keterangan :
C = kapasitas kalor (J/K)
Q = besaran kalor (Joule atau Kalori)
ΔT = perubahan suhu (K).
#3 Kalor Laten
Kalor laten adalah besaran yang menyatakan banyaknya kalor yang diperlukan oleh 1 gram zat untuk mengubah wujudnya pada suhu tetap. Kalor laten dapat dibedakan menjadi kalor laten peleburan dan kalor laten penguapan.
| Q = m . L |
Keterangan :
Q = jumlah kalor yang diserap atau dilepas (J)
m = massa zat (kg)
L = kalor laten suatu zat (J/kg).
D. Perubahan Wujud Zat
Secara garis besar, wujud zat dibedakan menjadi tiga jenis, yaitu gas, cair, dan padat. Ketiga wujud zat tersebut memiliki karakteristik masing-masing yang membedakannya baik secara makroskopik maupun secara mikroskopik. Suatu zat dapat berubah wujud dari satu wujud ke wujud lainnya. Berikut beberapa perubahan wujud zat.#1 Melebur atau Meleleh
Ketika zat padat dipanaskan atau dinaikkan suhunya hingga mencapai suhu lelehnya, maka zat padat tersebut akan melebur atau meleleh. Perubahan wujud zat dari padat ke cair ini disebut peleburan. Suhu dimana proses peleburan terjadi disebut sebagai titik lebur.
#2 Membeku
Pembekuan adalah proses balikan dari melebur, yaitu perubahan wujud zat dari cair menjadi padat. Zat dapat membeku jika suhunya berada di titik beku zat tersebut. Pembekuan dapat dilakukan dengan menurunkan suhu zat tersebut menuju titik bekunya.
#3 Menguap
Penguapan adalah perubahan wujud zat dari cair menjadi gas, misalnya air menjadi uap air saat dipanaskan hingga mendidih. Suhu ketika proses penguapan terjadi disebut titik didih. Penguapan merupakan peristiwa yang sangat umum terjadi di alam. Proses ini juga berlangsung dalam siklus hidrologi.
#3 Mengembun
Mengembun adalah perubahan wujud zat dari gas menjadi cair. Peristiwa terbentuknya embun terjadi karena kondensasi atau pendinginan. Peristiwa penggembunan dapat dimanfaatkan untuk memperoleh air murni dari air yang mengandung zat terlarut melalui proses distilasi.
#4 Menyumblim
Menyumblim adalah perubahan wujud zat dari padat langsung menjadi gas. Kebalikan dari menyublim adalah deposisi, yaitu perubahan wujud zat dari gas langsung menjadi padat. Sebagai contoh, kita dapat mencium bau kapur barus karena terjadi penguapan kapur barus.
E. Perpindahan Kalor
Energi kalor berpindah dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah. Perpindahan kalor merupakan peristiwa yang umum terjadi dalam kehidupan sehari-hari. Berdasarkan medium dan cara berpindahnya, perpindahan kalor dapat dibedakan menjadi tiga cara, yaitu secara konveksi, konduksi, dan radiasi.#1 Konveksi (aliran)
Konveksi adalah perpindahan kalor yang disebabkan oleh perbedaan massa jenis dan umumnya terjadi pada fluida (zat cair atau gas). Konveksi terjadi akibat gerakan massa molekul dari satu fluida ke bagian lain fluida oleh pergerakan fluida itu sendiri. Konveksi dapat dibedakan menjadi konveksi alamiah dan konveksi paksa.
| Q/t = h.A.ΔT |
Keterangan :
Q/t = laju kalor secara konveksi (J/s atau W)
h = koefisien konveksi (J/s m2K)
A = luas permukaan benda yang kontak dengan fluida (m2)
ΔT = beda suhu antara benda dan fluida (C0 atau K).
#2 Konduksi (hantaran)
Konduksi adalah perpindahan kalor melalui zat perantara tanpa disertai perpindahan partikel-partikel zat tersebut. Konduksi umumnya terjadi pada zat padat karena zat padat tergolong konduktor panas yang baik. Laju perpindahan kalor secara konduksi dapat dihitung dengan rumus berikut ini.
|
Keterangan :
H = laju hantaran kalor secara konduksi (J/s)
Q = banyak kalor yang dihantarkan (J)
t = lama waktu perpindahan kalor (s)
k = konduktivitas (koefiensi konduksi) termal zat (W/m K)
A = luas penampang lintang (m2)
ΔT = perbedaan suhu antara ujung-ujung zat padat (K)
L = panjang (tebal) zat padat (m).
#3 Radiasi (pancaran)
Radiasi merupakan proses perpindahan kalor karena adanya pancaran. Perpindahan kalor secara radiasi terjadi tanpa zat perantara sehingga radiasi dapat terjadi di ruang hampa udara atau vakum. Laju perpindahan panas secara radiasi dapat dihitung dengan rumus berikut ini.
| P = Q/t = e σ A T4 |
Keterangan :
P = daya (laju) radiasi energi (J/s atau W)
e = emisivitas permukaan
σ = konstanta Stefan-Boltzmann (5,67x10-8W/m2K4)
A = luas permukaan benda (m2)
T = suhu mutlak benda (K).
Demikianlah kumpulan rumus dan rangkuman teori fisika tentang suhu dan kalor yang dapat edutafsi bagikan, semoga dapat mendukung pembelajaran siswa. Jika rumus dan rangkuman ini bermanfaat, bantu kami membagikannya kepada teman-teman anda melalui tombol share yang tersedia. Terimakasih.
