Suhu dan Kalor – Pengertian, Rumus, Hubungan dan Contohnya – Dalam keseharian, kita sering kali menemukan atau merasakan suatu keadaan “panas” atau “dingin”. Es diketahui lebih dingin dibandingkan benda-benda yang ada di sekitarnya. Sebaliknya, api lebih panas dibandingkan dengan benda-benda lainnya. Contoh lain, suatu saat kita tentu pernah mengikuti kegiatan perkemahan di daerah pegunungan.
Ketika tiba waktunya malam hari, sangat terasa dinginnya udara pegunungan, bahkan terkadang kita sampai menggigil. Kemudian teman kita berinisiatif mengumpulkan ranting-ranting pepohonan untuk membuat api unggun. Seketika badan kita terasa hangat. Bahkan bila jarak kita terlalu dekat, kita akan merasakan panas. Keadaan panas dan dinginnya suatu benda dinyatakan dalam suatu besaran yang dinamakan suhu. Akan tetapi, keadaan panas atau dinginnya suatu benda ini melahirkan pengertian yang relatif, artinya setiap orang memiliki standar yang berbeda-beda. Oleh karena itu perlu dibuat standar dalam menentukan derajat panas atau dingin, sehingga penting bagi kita untuk mengetahui besaran suhu melalui alat pengukur suhu atau termometer.
Simak Juga : Contoh Soal Suhu, Kalor dan Perpindahan Kalor [+Pembahasan]
A. Pengertian Suhu
suhu atau temperature adalah besaran yang menunjukkan derajat panas atau dinginnya suatu benda. Pengukuran suhu didasarkan pada keadaan fisis zat ( padat, cair, gas ) yang mengalami perubahan jika suhunya berubah. Sensitivitas benda terhadap perubahan suhu dinamakan sifat termometrik zat. Perubahan termometrik zat antara lain ( perubahan volume, perubahan wujud, perubahan daya hantar listrik, dan perubahan warna.
B. Mengukur Suhu
Alat mengukur suhu berdasarkan sifat-sifat termometrik dinamakan thermometer. Zat cair yang mempunyai sifat termometrik yang baik adalah air raksa dan alkohol, karena raksa dan alkohol dapat memuai secara linier jika terjadi kenaikan suhu. Zat cair yang digunakan untuk mengisi tabung termometer adalah raksa, karena raksa memiliki kelebihan dibandingkan dengan zat cair lain. Kelebihan raksa sebagai pengisi tabung termometer adalah:
- Keseimbangan termal terhadap zat yang akan di ukur lebih cepat
- Memiliki titik beku terendah ( -390C ) dan titik didih ( 3570C ).
- Memiliki kenaikan volume yang teratur pada saat terjadi perubahan suhu
- Tidak membasahi kaca yang ditempati, karena memiliki gaya kohesi besar sehingga pengukuran suhu lebih akurat.
- Mudah dilihat, karena warnanya putih seperti perak ( mengkilat )
Pada pengukuran dengan menggunakan termometer, suhu suatu zat yang diukur sama besar dengan skala yang ditunjukkan oleh termometer saat terjadi kesetimbangan termal antara zat dengan termometer. Skala termometer dibedakan menjadi skala Celcius, skala Fahrenhait, skala Reamur dan skala Kelvin.
Perbandingan skala termometer Reamur, Celcius, Fahrenhait dan Kelvin
Hubungan antara dua termometer sembarang
Jika dua termometer sembarang X dengan Y masing-masing memiliki titik tetap bawah dan titik tetap atas yang berbeda, tetapi rentangan antara kedua acuan tersebut sama. Hal ini karena titik tetap bawah menggunakan acuan suhu es yang mulai melebur pada tekanan normal dan titik tetap atas menggunakan acuan suhu air mendidih pada tekanan udara normal. Jika suhu benda dalam derajat X diketahui, maka suhu dalam derajat Y dapat di cari.
C. Pemuaian
Pemuaian adalah bertambahnya ukuran suatu benda karena suhunya dinaikkan. Umumnya suatu zat baik padat, cair dan gas bila dipanaskan akan memuai, kecuali air
Pemuaian zat padat
Zat padat yang dipanaskan akan mengalami pemuaian panjang, pemuaian luas, dan pemuaian volume.
Muai panjang
Lt = Lo + Lo α ∆T
Lt = Lo ( 1+ α ∆T )
Keterangan :
∆L = pertambahan panjang batang ( m )
Lo = panjang batang mula-mula ( m )
Lt = panjang batang estela suhu naik ( m )
α = koefisien muai panjang ( / 0C )
∆T= kenaikan suhu ( 0C )
Muai luas
Jika suatu benda berbentuk bidang dinaikan suhunya, maka sisi-sisi bidang tersebut ( panjang dan lebar ) akan bertambah panjang.
Muai volume
Jika suatu benda berbentuk tiga dimensi jika diberi kalor selain bertambah panjang dan lebar juga akan bertambah tinggisehingga benda tersebut mengalami pemuaian volume.
Vt = Vo + Ao γ ∆T
Vt = Vo ( 1+ γ ∆T )
Keterangan:
∆V = pertambahan volume ( m3 )
Vo = volume mula-mula ( m3 )
Vt = volume setelah suhu naik ( m3 )
γ = koefisien muai volume ( / 0C )
∆T= kenaikan suhu ( 0C )
Pemuaian zat cair
Untuk air ketika dipanaskan dari suhu 00C sehingga mencapai suhu 40C, volumenya akan menyusut. Massa air tidak berubah selama penyusutan, sehingga massa jenis mencapai maksimum pada suhu 40C, dimana suhu air minimum. Pada suhu diatas 40C air akan memuai jika dipanaskan. Sifat pemuaian air yang tidak teratur inilah dinamakan anomali air.
Pemuaian gas
Gas hanya mempunyai muai ruang saja dan besar koefisien muai ruangnya sama untuk semua jenis gas yaitu:
Ada 3 besaran yang harus diperhatikan pada pemuaian gas, yaitu tekanan, suhu dan volume.
Jika berlangsung pada suhu tetap
P1 V1 = P2 V2
Jika berlangsung pada volume tetap
Jika berlangsung pada tekanan tetap
D. Pengertian Kalor
Kalor adalah suatu bentuk energi yang dipindahkan melalui perbedaan suhu. Kalor berpindah dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah. Benda yang menerima kalor suhunya akan naik, sedangkan benda melepas kalor suhunya akan turun.
Besarnya kalor yang di serap atau dilepas oleh suatu benda berbanding lurus dengan: massa benda ( m ), kalor jenis benda ( c ), dan perubahan suhu (∆T ). Jadi besar kalor yang dilepaskan atau diserap secara matematis:
Keterangan:
m = massa benda ( kg )
c = kalor jenis ( J/kg K atau kal/gr C )
∆T = kenaikan suhu ( 0C )
Dalam satuan SI satuan kalor adalah Joule.
1 kalori = 4,2 joule
1 joule = 0,24 kalori
Satu kalori adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikan suhu 10C air yang massanya 1 gram.
E. Besaran dalam Kalor
Kapasiras Kalor ( C )
Kapasitas kalor adalah perbandingan antara jumlah kalor yang diterima benda dengan kenaikan suhu atau banyak panas yang diperlukan untuk menaikan sejumlah zat tertentu sebesar satu derajat celcius atau satu kelvin.
Keterangan:
C = kapasitas panas ( J/K )
Q = kalor ( J )
∆T= kenaikan suhu ( K )
Kalor jenis ( c )
Merupakan perbandingan antara kapasitas kalor dengan massa benda atau banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu satu derajat celcius dari satu kilogram zat tersebut.
Keterangan:
C = kapasitas panas ( J/K )
Q = kalor ( J )
∆T= kenaikan suhu ( K )
c = kalor jenis benda ( J/kgK )
Kalor jenis hanya tergantung pada jenis benda tersebut, sehingga masing-masing benda mempunyai kalor jenis yang berbeda-beda.
F. Hukum kekekalan energi untuk kalor
Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan, tetapi energi dapat berubah dari satu bentuk energi kebentuk energi lainnya. Hukum kekekalan energi kalor dapat diamati dengan menggunakan kalorimeter. Kalorimeter adalah alat digunakan untuk mengukur kalor.
Menurut Azaz Black adalah jumlah kalor yang dilepas ( QL ) = jumlah kalor yang diterima ( QT )
G. Pengaruh Kalor terhadap Wujut Benda
Apabila sejumlah es di dalam tabung gelas dipanaskan terus menerus, maka es akan melebur menjadi air, kemudian air akan menguap menjadi gas. Sebaliknya jika air di dinginkan maka air akan membeku menjadi es. Hal tersebut menunjukkan bahwa air mengalami perubahan wujud.
Pada peristiwa melebur, menguap, dan menyublim selalu dibutuhkan kalor. Pada peristiwa membeku, mengembun, dan menyublim selalu dilepaskan kalor. Pada saat terjadi perubahan wujud , suhu zat tetap.
Kalor yang diperlukan oleh tiap satuan massa zat untuk mengubah wujudnya dinamakan kalor laten dan suhu yang terjadi selama perubahan wujud zat dinamakan suhu transisi.
H. Perpindahan Kalor
Perindahan kalor dibedakan menjadi 3 macam:
Perindahan kalor secara konduksi
Perpindahan kalor melalui zat perantara ( logam ) dengan tidak disertai perpindahan partikel-partikel zat tersebut secara permanen dinamakan hantaran atau konveksi. Laju perindahan kalor secara konduksi tergantung pada panjang, luas, jenis bahan, dan perubahan suhu
Banyaknya kalor yang dapat berpindah selama waktu t adalah:
Keterangan:
Q = banyaknya kalor ( J )
t = selang waktu ( sekon )
∆T= perubahan suhu ( K )
L = panjang batang ( m )
A = luas penampang ( m2 )
k = koefisien konduksi termal zat ( J/msK )
Perindahan kalor secara konveksi
Konveksi adalah perpindahan kalor yang disertai perpindahan partikel-partikel zatnya, yang biasanya perjadi pada zat cair dan gas.
Keterangan:
Q = banyaknya kalor ( J )
t = selang waktu ( sekon )
∆T= perubahan suhu ( K )
A = luas penampang ( m2 )
h = koefisien konveksi termal ( J/sm2C )
Perindahan kalor secara radiasi
Perpindahan kalor secara radiasi adalah perpindahan kalor dari pancaran sinar matahari ke bumi.
Keterangan:
Q = banyaknya kalor ( J )
t = selang waktu ( sekon )
e = emitivitas permukaan (0 ≤ e ≤ 1 )
σ = konstanta Stepan-Boltman ( watt/ m2K4 )
T = suhu mutlak ( K )
A = luas permukaan benda ( m2)
Sudah selesai membaca materi ini ? Ayo lihat dulu Daftar Materi Fisika
