Temperatur [PDF]

Citation preview

BAB I PENDAHULUAN



1.1 Latar Belakang Suhu atau temperatur benda adalah besaran yang menyatakan derajat panas suatu benda. Benda yang panas memiliki suhu yang tinggi, sedangkan benda yang dinginkan memiliki suhu yang rendah. Perlu diketahui bahwa suhu merupakan besaran, maka yang memiliki suhu tentu benda. Disini saya membuat untuk menjelaskan tentang “Temperatur suhu dan Panas”. Sehingga dapat memahami pengertian tentang panas dan temperatur serta bagaimana cara pengukuran skala temperatur dan pengaruh panas terhadap suhu tubuh. 1.2 Rumusan Masalah Dari latar belakang diatas dapat diambil rumusan permasalahannya, yaitu : 1. 2. 3. 4. 5. 6.



Apa maksud dari Temperatur Apa maksud dari Suhu Apa pengertian Kesetimbangan Termal Macam-macam Termometer Skala beberapa Termometer Apa hubungan antara hukum ke-nol Termodinamika dan Kesetimbangan Termal



1.3 Tujuan Berdasarkan rumusan masalah diatas, maka tujuan penulisan makalah ini, yaitu : 1. 2. 3. 4. 5. 6.



Untuk mengetahui pengertian Temperatur Untuk mengetahui pengertian Suhu Untuk mengetahui pengertian Kesetimbangan Termal Untuk mengetahui Macam-macam Termometer Untuk mengetahui Skala beberapa Termometer Untuk mengetahui Hubungan antara Hukum Ke-nol Termodinamika Dan Kesetimbangan Termal



BAB II PEMBAHASAN



2.1 TEMPERATUR Temperatur adalah ukuran panas-dinginnya dari suatu benda. Panasdinginnya suatu benda berkaitan dengan energi termis yang terkandung dalam benda tersebut. Makin besar energi termisnya, makin besar temperaturnya.



dingin



panas



Gambar 1 2.1.1 Kesetimbangan Termal Yaitu situasi yang mana dua benda yang dalam keadaan kontak thermal menukarkan energi termal dalam jumlah yang sama. Waktu yang diperlukan untuk mencapai kesetimbangan termal tergantung sifat benda tersebut. Pada saat kesetimbangan thermal ke dua benda mempunyai temperatur yang sama. 2.1.2 Hubungan antara hukum ke-nol termodinamika dan kesetimbangan termal Hukum ke nol termodinamika berhubungan dengan kesetimbangan termal antara benda benda yang saling bersentuhan. Untuk memahami konsep keseimbangan termal secara lebih mendalam, mari kita tinjau 3 benda (sebut saja benda A, benda B dan benda C). Benda C bisa dianggap sebagai termometer.



2



C



B



A



Gambar 2 Jadi , Hukum ke nol termodinamika berbunyi “Jika dua benda berada dalam keseimbangan termal dengan benda ketiga, maka ketiga benda tersebut berada dalam keseimbangan termal satu sama lain.”



2.2 TERMOMETER Alat yang digunakan untuk mengukur suhu benda dengan tepat dan menyatakannya dengan angka disebut termometer. Sebuah termometer biasanya terdiri dari sebuah pipa kaca berongga yang berisi zat cair (alkohol atau air raksa), dan bagian atas cairan adalah ruang hampa udara. Termometer dibuat berdasarkan prinsip bahwa volume zat cair akan berubah apabila dipanaskan atau didinginkan. Volume zat cair akan bertambah apabila dipanaskan, sedangkan apabila didinginkan volume zat cair akan berkurang. 3



Naik atau turunnya zat cair tersebut digunakan sebagai acuan untuk menentukan suhu suatu benda. Perubahan volume zat cair dalam pipa dapat digunakan untuk mengukur volume. Beberapa ciri khas yang ada pada termometer adalah ; 1. Kepekaanyan (perubahan koordinat keadaan akibat adanya sedikit saj perubahan suhu dapat terukur) 2. Ketelitiannya dalam mengukur koordinat keadaan 3. Reproduksibilitasnya



artinya



dapat



dan



mudah



diperbanyak.



Perludiperhatikan satu lagi sifat yang sering dikehendaki dari temometer adalah keccepatannya dalam mencapai kesetimbangan termal dengan system yang lain, dan penetuan skala dalam termometer agar dapat dilakukan pengukuran suhu secara kualitatif. 2.2.1 Penentuan kuantitatif skala suhu dan sifat termometrik Sebelum tahun 1954, menetukan skala suhu secara kuantiitatif digunaka dua titik tetap yaitu titik uap (steam point) yang dinyatakan sebagai titik tetap atas dan titik es (ice point) yang dinyatakan sebagai titik tetap bawah. Suhu pada titik uap, didefinisikan sebagai shu air dan uap yang berada dalam keadaan setimbang pada tekanan1 atmosfer. Suhu pada titik es, didefinisikan sebagai suhu campuran es dan air dalam keadaan setimbang dengan udara jenuh pada tekanan 1 atmosfer. Beberapa besaran fisis yang berubah karena adanya perubahan suhu : 



Perubahan Panjang Kolom Cairan (L)







Hambatan Listrik Paa Kawat (R)







Tekanan Gas Pada Volume Konstan (P) 4







Volume Gas Pada Tekanan Konstan (V)







Gaya Gerak Listrik (E)







Intenstas Cahaya (I)



2.2.2 Skala beberapa thermometer Termometer Celcius • Titik tetap atas menggunakan air yang sedang mendidih (100°C). • Titik tetap bawah menggunakan air yang membeku atau es yang sedang mencair (0°C). • Perbandingan skalanya 100. Termometer Reamur • Titik tetap atas menggunakan air yang mendidih (80°R). • Titik tetap bawah menggunakan es yang mencair (0°R). • Perbandingan skalanya 80. Termometer Fahrenheit • Titik tetap atas menggunakan air mendidih (212°F). • Titik tetap bawah menggunakan es mencair (0°F). • Perbandingan skalanya 180. Termometer Kelvin • Titik tetap atas menggunakan air mendidih (373 K). • Titik tetap bawah menggunakan es mencair (273 K). • Perbandingan skalanya 100.



5



Temometrer Rankie (Rn) • Titik tetap atas menggunakan air mendidih (672) • Titik tetap bawah menggunakan es mencair (492) • Perbandingan skalanya 180 Perbandingan pembagian skala C, R, F, K, dan Rn



Gambar 3 Di dapat konversi dan hubungan skala suhu Celcius, Reamur, Fahrenheit, Kelvin dan Rankine sebagai berikut :



atau



6



Maka, Perbandingan skala = C : F : R : K : Rn = 100 : 180 : 80 : 100 : 180 =5:9:4:5:9 Hubungan antara skala Celcius dengan Reamur adalah : t℃ =



5 4



t ̊R atau t ̊R =



4 5



t℃



Hubungan antara skala Celcius dengan Fahrenheit adalah : t℉ =



9 5



t℃ + 32 atau t℃ =



5 9



t ̊ (℉ − 32)



Hubungan antara skala Reamur dengan Fahrenheit adalah : t℉ =



9 5



t℃ + 32 atau t ̊R =



5 9



t ̊̊ (℉ − 32)



Hubungan antara skala Celcius dengan Kelvin adalah : T℃ = T(K) − 273 atau T (K) = t ̊C + 273 Hubungan antara skala Rankine dengan Kelvin adalah : 9



T (Rn) = 5 T (K) Contoh Soal : 1.



Suhu di suatu padang pasir adalah 40 °C. Berapakah suhunya dalam skala



Reamur? Jawab:



Jadi, suhu padang pasir tersebut adalah 32 °R. 7



2.



Gunakan termometer Celcius untuk mengukur suhu benda. Misalkan air di dalam kaleng yang sedang di masak. Pengukuran dilakukan dua kali. Anggap angka yang diperoleh pada pengukuran pertama dan kedua secara berturut-turut adalah 50 dan 70. dituliskan : T1 = 50 derajat C dan T2 = 70 derajat C. Jika menggunakan angka Reamur, berapa yang diperoleh Jawab : Pengukuran pertama dapat langsung dilihat bahwa angka 50 pada termometer Celsius sejajar dengan angka 40 pada termometer Reamur karena keduanya terletak ditengah-tengah skala masing-masinng termometer.



Gambar 4 Pengukuran Kedua



Gambar 5 8



Termometer Celcius menunjukkan 70 dan sejajar dengan angka TR pada termometer Reamur.Untuk mengetahui nilai TR kita menggunakan perbandingan berikut : TR :TC = 80 : 100 = 4 : 5 TR / 70 = 4 : 5 5 TR = 70 x 4 TR = 56. 3.



Budi dan Ono membuat sebuah sebuah termometer dengan menetapkan suhu air mulai membeku pada skala 20° B dan suhu air mendidih pada skala 170° B. Jika suhu air yang dipanaskan diukur dengan termometer Fahrenheit menunjukan skala 116° F. Tentukan suhu air tersebut ke dalam skala termometer yang dibuat oleh Budi dan Ono. Penyelesaian : Dalam hal ini kita akan mengkonversi suhu dalam termometer Fahrenheit ke dalam suhu temometer yang dibuat oleh Budi dan Ono, di mana titik beku air dalam termoemter Fahrenheit ditunjukan pada skala 32° F sedangkan titik didih air ditunjukan pada skala 212° F, maka: Diketahui: (tb)B = 20 (ta)B = 170 (tb)F = 32 (ta)F = 212 tF = 116° F Ditanyakan: tB =…. ? Jawab: 9



Jika digambarkan akan tampak seperti gambar di bawah in



Gambar 6 titik bawah B = 20° titik atas B = 170° titik bawah F = 32° titik atas F = 212 skala B : skala F = (170-20) : (212-32) skala B : skala F =150 : 180 skala B : skala F = 5 : 6 mengkonversi dari t° F ke T° B maka : t° B – 20° B = (5/6)(t° F - 32) t° B = (5/6)(t° F - 32) + 20° B



10



untuk t° F = 116°, maka: t° B = (5/6)( 116° - 32) + 20° B t° B = 90° B Jadi, jika suhu air yang dipanaskan diukur dengan termometer Fahrenheit menunjukan skala 116° F, maka skala termometer yang dibuat oleh Budi dan Ono akan menunjukan suhu 90° B. 2.2.3 Beberapa jenis thermometer Termometer dengan sifat termometriknya Termometer



Sifat Termometrik



Lambang



Cair



Panjang kolom cairan



L



Gas volume konstan



Tekanan gas



P



Gas tekanan konstan



Volume



V



Resistor listrik



Resistansi listrik



R



Termokople



Elektromotansi termal (ggl)



E



Termistor



Arus



I



Pirometer



Intensitas cahaya



I



Tabel 1 1 .Thermometer Zat Cair Dalam Gelas Termometer ini biasanya digunakan untuk mengukur temperatur pada daerah batas pengukuran yang dipengaruhi oleh jenis zat termometrik yang berupa cairan dalam pipa kapiler. Prinsipnya zat cair memuai apabila dipanaskan.



11



Termometer yang tabungnya diisi dengan raksa kita sebut terrnometer raksa, sedangkan termometer yang diisi dengan alkohol disebut termometer alkohol. Bahan yang dipakai untuk mengisi tabung termometer : a. Termometer Raksa Termometer yang pipa kacanya diisi dengan raksa disebut termometer raksa. Termometer raksa dengan skala Celsius adalah termometer yang umum dijumpai dalam keseharian. Raksa dalam pipa termometer akan memuai jika dipanaskan. Pemuaian mendorong kolom cairan ( raksa ) keluar dari pentolan pipa menuju ke pipa kapiler. Pipa termometer dibungkus oleh tangkai kaca berdinding tebal. Tangkai kaca ini bertindak sebagai suatu lensa pembesar yang memungkinkan suhu dibaca dengan mudah.  Berikut ini beberapa keuntungan air raksa sebagai pengisi termometer, antara lain: 1) Air raksa tidak membasahi dinding pipa kapiler, sehingga pengukurannya menjadi



teliti.



2) Air raksa mudah dilihat karena mengkilat. 3) Air raksa cepat mengambil panas dari suatu benda yang sedang diukur. 4) Jangkauan suhu air raksa cukup lebar, karena air raksa membeku pada suhu – 40°C dan mendidih pada suhu 360°C. 5) Volume air raksa berubah secara teratur.



12



 Selain beberapa keuntungan, ternyata air raksa juga memiliki beberapa kerugian, antara lain: 1) Air raksa harganya mahal. 2) Air raksa tidak dapat digunakan untuk mengukur suhu yang sangat rendah (misalnya suhu di kutub utara atau kutub selatan). 3) Air raksa termasuk zat beracun sehingga berbahaya apabila tabungnya pecah.



Gambar 7 termometer raksa



b. Termometer Alkohol  Keuntungan menggunakan alkohol sebagai pengisi termometer, antara lain : 1) Alkohol harganya murah. 2) Alkohol lebih teliti, sebab untuk kenaikan suhu yang kecil ternyata alkohol mengalami perubahan volume yang besar. 3) Alkohol dapat mengukur suhu yang sangat rendah, sebab titik beku alkohol –1300C.  Kerugian menggunakan alkohol sebagai pengisi termometer, antara lain : 1) Membasahi dinding kaca. 2) Titik didihnya rendah (78°C), sehingga pemakaiannya terbatas (antara lain tidak dapat mengukur suhu air ketika mendidih). 3) Alkohol tidak berwarna, sehingga perlu memberi pewarna dahulu agar dapat dilihat.



13



Gambar 8 termometer alkohol



2. Thermometer Gas Volume Konstan Termometer ini dibuat berdasarkan pada perubahan tekanan gas karena adanya perubahan temperature dengan menjaga tetap volumenya. Jadi, pada termometer gas volume tetap, thermometric property-nya adalah tekanan gas (P), karena tekanan gas dak terlihat, maka yang dapat terukur di air thermometer ini adalah perubahan panjang kolom air raksa sebagai sesuatu yang berubah akibat interaksi termal. Adapun bentuk skema termometer gas volume tetap seperti dilukiskan pada gambar berikut :



Gambar 9 14



Thermometric property-nya berar P = P ( T ) dimana fungsi tekanan gas, P ini merupakan fungsi linear, dimana nilai p akan berubah akibat perubahan suhu, T yang besar perubahannya sama. P = K. T ; dimana k = konstanta Sehingga hasil bagi P terhadap T selalu bernilai konstan



𝑃1 𝑃2 𝑃3 𝑃𝑛 = = = =𝑘 𝑇1 𝑇2 𝑇3 𝑇𝑛 Untuk mengkalibrasi thermometer gas volume tetap ini digunakan suhu triple air yang disepaka oleh para ilmuwan 273,16 K sebagai acuan.



𝑃1 𝑃3 = 𝑇1 𝑇3 Dimana, P3 = tekanan gas pada suhu tripel air; T3 = merupakan suhu tripel air; P1 = tekanan gas pada suhu yang hendak diukur; dan T1 = suhu yang hendak diukur. Maka persamaanya menjadi



𝑇1 = 𝑇3



𝑃1 𝑃3



𝑇1 = 273,16



𝑃1 𝑘𝑒𝑙𝑣𝑖𝑛 𝑃3



15



Didalam hasil eksperimen yang dilakukan dengan thermometer ini terdapat hal menarik yang menunjukkan bahwa untuk setiap jenis gas apapun yang digunakan, jika jumlah gas yang digunakannya sangat sedikit, perilaku gas akan mendekati perilaku gas ideal.



𝑇=



lim 273,16



𝑃, 𝑃3 →0



𝑃 𝑃3



𝑘𝑒𝑙𝑣𝑖𝑛



Dimana suhu ini merupakan suhu gas ideal 3. Pirometer Pirometer (pyrometer) adalah termometer yang digunakan untuk mengukur suhu yang sangat tinggi ( di atas 1000°C ), seperti suhu peleburan logam atau suhu permukaan Matahari. Prinsip kerja alat ini adalah mengukur radiasi yang dipancarkan oleh benda tersebut. Terdapat dua macam pirometer, yaitu pirometer optik dan pirometer total.



Gambar 10 termometer pirometer



16



4. Termokopel Termometer termokopel dibuat berdasarkan pada: (1) adanya gaya gerak listrik (ggl) Seebeck, (2) adanya ggl Peltier, dan (3) adanya ggl Thomson pada sambungan dua logam yang berbeda jenisnya, serta (4) adanya perubahan temperatur pada sambungan dua logam. Ini berarti termometer termokopel dibuat berdasarkan pada hasil percobaan Seebeck, Peltier, dan Thomson. Pada tahun 1826 Thomas Johann Seebeck menemukan bahwa ggl dapat ditimbulkan dengan cara-cara termal. Jika logam A disambungkan dengan logam B dan kedua sambungan berbeda temperaturnya, maka akan timbul ggl termal atau ggl Seebeck yang disebabkan karena adanya kerapatan elektron bebas dalam logam yang berbeda temperaturnya. Apabila dua logam A dan B yang berlainan jenisnya disambungkan dan kedua sambungan itu berbeda temperaturnya, maka elektron-elektronnya berdifusi dari logam A ke logam B atau sebaliknya. Kedua sambungan berfungsi sebagai sumber ggl dan jika ada arus listrik dari logam yang satu ke logam lainnya, maka ada tenaga yang dibebaskan atau diabsorbsikan. Perpindahan tenaga ini berbentuk aliran kalor di antara sambungan dan sekelilingnya. Kalor ini disebut kalor Peltier (Jean C.A. Peltier adalah penemu kalor yang mengalir di antara dua sambungan logam yang berbeda jenisnya dan berlainan temperaturnya dan beliau adalah seorang ahli Ilmu Alam bangsa Perancis).



17



Gambar 11 Termokopel terdiri dari dua kawat yang dibuat dari bahan logam yang mempelajari dan dihubungkan amperemeter dan membentuk rangkaian tertutup. Besarnya aliran listrik pada kawat berubah sesuai dengan perubahan suhu.  Keuntungan termometer termokopel : 



Terletak pada kecepatan mencapai keseimbangan suhu dengan sistem yang akan diukur.







Jangkauan suhunya besar (mulai dari -100°C sampai dengan 1500°C), ukuran termometer kecil, dapat mengukur suhu dengan cepat, dan dapat dihubungkan ke rangkaian lain atau komputer.



 Kerugian termometer termokopel : 



Kurang teliti jika dibandingkan dengan termometer gas volume konstan dan termometer platina.



18



Gambar 12



5. Termometer Hambatan Listrik Termometer hambatan jenis dibuat berdasarkan pada perubahan hambatan jenis suatu penghantar karena adanya perubahan temperatur. Ini berarti Thermometric Property-nya adalah hambatan suatu konduktor, sehingga R = R ( T ). Adapun skematis termometer hambatan listrik seperti gambar berikut.



Gambar 13



19



6. Termometer Gas Tekanan Tetap Termometer Gas Tekanan Tetap Termometer gas tekanan tetap dibuat berdasarkan pada perubahan volume gas yang berubah karena adanya perubahan temperatur. Pada proses volume tetap, kenaikan temperatur mengakibatkan tekanan gas naik dan sebaliknya penurunan temperatur akan mengakibatkan tekanan gas menurun. Pada proses tekanan tetap, volume gas akan bertambah jika temperatur gas naik dan sebaliknya volume gas akan mengecil jika temperatur gas turun. Jadi, pada termometer gas tekanan tetap, thermometric property-nya adalah volume gas (V) yang diwakili oleh panjang kolom air raksa. Ini berarti V = V ( T ). Dengan cara yang sama seperti di atas, dapat dituliskan persamaan berikut. T = T1 + {(V – V1) / (V2 – V1)} (T2 – T1). Dengan menggunakan persamaan tersebut dapat ditentukan harga temperatur sembarang T karena volume gas dalam bola B dapat diukur, yaitu V.



20



BAB III PENUTUP 3.1 Kesimpulan Dari hasil pembahasan diatas maka dapat ditarik beberapa kesimpulan, yaitu : 1. Temperatur adalah ukuran panas-dinginnya dari suatu benda. Panasdinginnya suatu benda berkaitan dengan energi termis yang terkandung dalam benda tersebut. Makin besar energi termisnya, makin besar temperaturnya. 2. Perbandingan antara celcius, Reamur, Fahrenheit, Kelvin dan Rankine



atau



Maka, Perbandingan skala = C : F : R : K : Rn = 100 : 180 : 80 : 100 : 180 =5:9:4:5:9 3. Beberapa Jenis Termometer 1. Thermometer Zat Cair Dalam Gelas 2. Thermometer Gas Volume Konstan 3. Pirometer 4. Termokopel 5. Termometer Hambatan Listrik 6. Termometer Gas Tekanan Tetap 21



3.2 Saran Adapun saran penulis sehubungan dengan bahasan makalah ini, kepada rekan-rekan mahasiswa agar lebih meningkat, menggali, dan mengkaji



22



DAFTAR PUSTAKA 



http://rahmanisfi.blogspot.co.id/2015/03/jenis-termometer.html







http://mafia.mafiaol.com/2015/12/contoh-soal-dan-pembahasan-konversi suhu.html







http://mastugino.blogspot.co.id/2014/06/hubungan-antar-satuan-suhu.html







http://banksoal.sridianti.com/fisika/soal-jawaban-suhu-dantermometer.html







http://www.duniapendidikan.net/2016/07/rumus-konversi-suhu-dancontoh-soal-konversi-suhu-pada-termometer-beserta-pembahasannya.html



23