Label

SUHU DAN PERUBAHANNYA

Kelas 7 SMP/Mts Sederajat

Ilmu Pengetahuan Alam

KOMPETENSI INTI

3

Memahami pengetahuan (faktual, konseptual, dan prosedural) berdasarkan rasa ingin tahunya tentang ilmu pengetahuan, teknologi, seni, budaya terkait fenomena dan kejadian tampak mata

4

Mencoba, mengolah, dan menyaji dalam ranah konkret (menggunakan, mengurai, merangkai, memodifikasi, dan membuat) dan ranah abstrak (menulis, membaca, menghitung, menggambar, dan mengarang) sesuai dengan yang dipelajari di sekolah dan sumber lain yang sama dalam sudut pandang/teori

KOMPETENSI DASAR

3.4

Menganalisis konsep suhu, pemuaian, kalor, perpindahan kalor, dan penerapannya dalam kehidupan sehari-hari termasuk mekanisme menjaga kestabilan suhu tubuh pada manusia dan hewan.

4.4

Melakukan percobaan untuk menyelidiki pengaruh kalor terhadap suhu dan wujud benda serta perpindahan kalor

Peta Konsep

APERSEPSI

    Pakaian menjadi salah satu kebutuhan bagi manusia. Pakaian yang telah dicuci biasanya akan dijemur di bawah cahaya matahari langsung. Apabila cuaca cerah pakaian yang dijemur tersebut akan segera kering. Pernahkah kalian mengambil pakaian yang dijemur pada saat siang hari? Pakaian tersebut akan terasa hangat saat kalian ambil. Seetelah kalian diamkan beberapa saat di dalam rumah, maka pakaian tersebut akan menjadi dingin. 
Tahukah kalian bahwa rasa hangat atau dingin pada pakaian tersebut menunjukkan suhu. Ketika dijemur, pakaian memiliki suhu yang relative tinggi sehingga terasa hangat saat disentuh. Setelah jemuraan diangkat dan didiamkan beberapa saat, suhu pada pakaian menurun. Hal tersebut membuat pakaian terasa lebih dingin ketika disentuh kembali.

A.     BAGAIMANA MENGETAHUI SUHU SUATU BENDA

Suhu termasuk besaran pokok yang menunjukkan derajat panas dinginnya suatu benda. Suhu suatu benda dapat meningkat maupun menurun. Pengukuran suhu dengan termometer memanfaatkan prinsip kesetimbangan termal: energi panas akan pindah dari benda  bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah, hingga tingkat panas  keduanya sama (berada pada kesetimbangan termal).

1.         Jenis-jenis Termometer

  • Thermometer zat cair
Termometer zat cair berupa tabung seperti pipa yang diisi zat cair, Cairan terletak pada tabung kapiler dari kaca yang memiliki bagian penyimpanan (reservoir/labu). Zat cair yang digunakan umumnya raksa atau alkohol jenis tertentu.
Zat pengisi tersebut memiliki kelebihan dan kekurangan yaitu sebagai berikut :

Kelebihan
Air Raksa
Alkohol
Tidak dapat membasahi dinding
Warnanya  mengkilap seperti perak sehingga mudah dilihat
Perubahan Volume teratur pada sat terjadinya perubahan suhu
Jangkauan suhunya cukup lebar (-40oC sampai 350oC)
Titik bekunya rendah
Harganya murah

Alkohol mudah memuai

Alkohol untuk pengisi termometer biasanya diberi pewarna biru atau merah. Rentang suhu yang dapat diukur bergantung jenis alkohol yang digunakan, contohnya: • Toluen, dengan rentang -90oC hingga 100oC Ethyl alcohol, dengan rentang -110oC hingga 100oC
Kekurangan
Harganya mahal
Raksa tidak dapat mengukur suhu yang sangat rendah
Raksa merupakan bahan berbahaya
Tidak dapat digunakan untuk mengukur suhu tinggi
Membasahi dinding kaca
Tidak berwarna

 Thermometer laboratorium

Bentuknya panjang dengan skala dari -10°C sampai 110°C menggunakan raksa, atau alkohol seperti ditunjukkan pada Gambar 2

Sumber : 305mm blue spirit laboratory thermometer | King Mariot Medical Equipment

Thermometer suhu badan
Termometer ini digunakan untuk mengukur suhu badan manusia. Skala yang ditulis antara 35oC dan 42oC. Gambar 3.

sumber : Ft-09-3.jpg (1024×1024) (b1medika.com)

  • Thermometer Bimetal 

 Termometer ini terbuat dari bimetal yang melengkung. Salah satu ujungnya dijepit sehingga tidak dapat bergerak. Ujung yang satunya lagi bebas bergerak dan dihubungkan dengan jarum penunjuk. Apabila suhu naik, bimetal menjadi lebih melengkung. Jarum penunjuk bergerak ke kanan. Sebaliknya apabila suhu turun, bimetal menjadi lebih lurus. Jarum bergerak ke kiri.  Contoh benda yang menggunakan bimetal adalah setrika. Suhu pada setrika secara otomatis, maka disebut setrika otomatis. Pada setrika otomatis terdapat alat untuk memutuskan dan menghubungkan arus listrik secara otomatis, yang disebut sakelar otomatis. Prinsip kerjanya adalah apabila suhu sudah cukup tinggi, bimetal akan melengkung menjauhi kontak (K), arus listriknya putus, setrika akan menjadi dingin. Ketika dingin, bimetal menyentuh kontak (K), maka arus listrik mengalir kembali, sehingga setrika kembali panas. Thermometer bimetal dapat ditunjukkan oleh gambar 4.

Sumber : Dial thermometer (bimetal type) stainless steel 100mm temperature gauge (sterlingsensors.co.uk)

  • Themometer Kristal cair
Terdapat kristal cair yang warnanya dapat berubah jika suhu berubah. Kristal ini dikemas dalam plastik tipis, untuk mengukur suhu tubuh, suhu akuarium, dan sebagainya. Thermometer Kristal cair dapat ditunjukkan oleh gambar 5. 

Sumber :50 pcs Baby Thermometer Forehead Sticker Temperature Test Monitor/Fahrenheit | eBay

2.      Skala Suhu

Skala suhu yang digunakan terdiri atas Celcius, Fahrenheit, rearmur dan kelvin.

Perbandingan suhu :

Skala C : Skala R : Skala F : Skala K = 100 : 80 : 180 : 100

Maka :

TC : TR : (TF-32) : (TK – 273) = 5 : 4 : 9: 5

Sumber : Konversi Suhu Online dan Rumus Konversi Satuan Suhu - Advernesia

B.     PERUBAHAN AKIBAT SUHU

Peningkatan maupun penurunan dari suhu dapat menyebabkan perubahan ukuran benda. Pada umumnya ukuran benda akan betambah panjang bila suhu dinaikkan. Hal tersebut dapat terlihat dari peristiwa pemanasan besi. Sebelum sampai meleleh besi akan bertambah ukuran dari keadaan semula. Sedangkan penurunan suhu justru akan semakin memadatkan ukuran suhu. Pertambahan ukuran panjang, akibat kenaikan suhu dikenal dengan pemuaian. Pemuaian dapat terjadi pada zat cair, padat dan gas. Faktor yang mempengaruhi pemuaian adalah : Ukuran awal benda, Koefisien Muai dan perubahan suhu.

1.      Pemuaian Zat Padat

Peristiwa pemuaian zat padat seperti rel kereta api dibuat celah agar dapat melengkung ketika siang hari. Pemuaian zat padat disebut juga Muschen Broek. Contoh lain dari peristiwa pemuaian zat padat adalah Panjang kabel listrik, Panjang rel kereta api dan Penyambungan dua plat logam. Zat padat umumnya akan mengalami pemuaian panjang, luas dan volume.

a.    Muai Panjang

Muai panjang pada zat padat ialah pertambahan ukuran panjang akibat menerima kalor. Faktor yang mempengaruhi adalah perubahan suhu dan koefisien muai panjang.

Rumus :

LT – LO = LO  x α x ∆T

Atau

LT = LO  x ((1 +  α x (T2 – T1))

Ket.

LT = Panjang setelah pemanasan atau pendinginan (m atau cm)

LO = Panjang awal (m atau cm)

α = koefisien muai panjang (/oC)

T1 = Suhu mula-mula (oC)

T2 = Suhu akhir (oC)

Koefisien Muai panjang bahan

Jenis Bahan

Koefiseien Muai panjang (/oC)

Kaca biasa

Kaca pyrex

Aluminium

Kuningan

Baja

Tembaga

0,000009

0,000003

0,000026

0,000019

0,000011

0,000017

Contoh :

Batang besi pada suhu 25 oC memiliki panjang 80 cm. Tentukan panjang batang besi pada suhu 225oC, bila nilai α = 1,2 x 10-5 / oC !

Diketahui :

LO = 80 cm

α = 1,2 x 10-5 / oC

T1 = 25 oC

T2 = 225oC

Ditanya : LT ?

Jawab :

LT

=

LO  x ((1 + α x (T2 – T1))

 

 

=

=

=

80 X ((1 + 1,2 x 10-5 x (225 – 25))

80 x 0,24

80,24 cm

Jadi, panjang batang logam yang telah dipanaskan adalah 80,24 cm

b.    Muai Luas

Zat padat yang berbentuk kepingan dan memiliki ukuran luas seperti kaca jendela, plat besi, uang logam dan lain-lain jika suhunya dinaikkan akan mengalami pertambahan luas.

Rumus :

Pertambahan luas :

ΔA = A0 x  β x ΔT

 

Luas akhir setelah dipanaskan :

AT = A0  x (1 +  β x ΔT)

Ket.

ΔA = Perubahan Luas (m2)

A0 =  Luas awal (m2)

β = 2α = Konstanta pemuaian luas (/oC)

ΔT = Perubahan Temperatur (oC)

Contoh :

Sebuah kaca seluas 121 m2 dipanaskan sehingga suhunya naik 20oC. Hitunglah pertambahan luas kaca bila koefisien muai panjang adalah 9 x 10-6 / oC !

Diketahui :

A0 = 121 m2

α = 9 x 10-6 / oC

maka β = 2α = 18 x 10-6 / oC

ΔT = 20 oC

Ditanya : ΔA ?

Jawab :

ΔA

=

A0 x  β x ΔT

 

 

=

=

121 x 18 x 10-6 x 20 oC

0,043 m2

Jadi, pertambahan luas kaca tersebut adalah 0,043 m2
 

c.    Muai Volume

Zat padat yang berbentuk balok, kubus atau bola yang mempunyai ukuran panjang x tinggi x lebar, jika dipanaskan akan bertambah panjang, lebar dan tinggi.

Rumus :

Pertambahan volume

ΔV = V0 x γ x ΔT

Volume akhir setelah dipanaskan :

VT = V0 (1 +  γ  x ΔT)

 

Ket.

ΔV = Perubahan Volume (m3)

Vt = Volume akhir (m3)

V0 =  Volume awal (m3)

γ = 3α = Konstanta pemuaian Volume / oC

ΔT = Perubahan Temperatur (oC)

Contoh :

Sebuah baja berbentuk balok dengan rusuk 4 m, dipanaskan pada suhu 10 oC hingga 90 oC. Bila koefisien muai baja 0,000011 / oC. Hitunglah pertambahan volume tersebut!

Diketahui :

V0 = 4 x 4 x 4 = 64 m3

ΔT = 90 – 10 = 80 oC

γ = 3α = 3 x 0,000011 = 0,000033 / oC

Ditanya : ΔV ?

Jawab :

ΔV

=

V0 x γ x ΔT

 

 

=

=

64 x 0,000033 x 80

0,16896 m3

Jadi, pertambahan luas kaca tersebut adalah 0,16896 m3

2.      Pemuaian Zat Cair

Peristiwa pemuaian zat cair misalnya Air raksa pada termometer dan Air yang mendidih hingga tumpah dari panci. Volume zat cair menjadi faktor terjadinya pemuaian. Hal ini dikarenakan ketika zat cair dipanaskan, maka partikel-partikelnya bergerak lebih cepat sehingga memerlukan ruang yang lebih besar.

Berikut merupakan koefisien muai zat cair :

Jenis Zat

Koefisien zat cair (/ oC)

Jenis Zat

Koefisien zat cair (/ oC)

Metanol

0,0012

Minyak tanah

0,0015

Etanol

0,0011

raksa

0,0018

Minyak paraffin

0,0009

Minyak solar

0,0012

Gliserin

0,0005

Air

0,0021

Rumus :

ΔV = V0 x γ x ΔT

Keterangan :

Contoh soal  : Pada suhu 5oC volume minyak solar adalah 210 m3. Bila koefisien minyak solar adalah 0,0012 oC dan suhu dinaikkan menjadi 25 oC, tentukan pertambahan volume minyak solar sekarang!

Diketahui :

V0 = 210 m3

ΔT = 25 – 5 = 20 oC

γ = 0,0012 oC

Ditanya : ΔV ?

Jawab :

ΔV

=

V0 x γ x ΔT

 

 

=

=

210 x 0,0012 x 20

5,04 m3

Jadi, pertambahan luas kaca tersebut adalah 5,04 m3

3.      Pemuaian Zat Gas

Kenaikan kalor yang dikenakan dalam suatu benda dapat menyebabkan pemuaian gas. Besarnya koefisien muai untuk berbagai jenis gas adalah sama yaitu 1/273 K.

Rumus :

V = Vo x (1 + ү x∆T)

Ket.

V = Volume setelah pemanasan atau pendinginan (m3)

Vo = Volume awal (m3)

T1 = Suhu mula-mula (oC)

T2 = Suhu akhir (oC)

ү = koefisien muai volume (/ oC)

Contoh pemuaian zat gas dapat ditunjukkan pada peristiwa mobil atau motor yang sedang melaju di jalan, tiba-tiba ban kendaraan tersebut mengalami kebocoran. Ban tersebut bocor, karena terjadi pemuaian gas atau udara di dalam ban. Pemuaian suhu udara di ban mobil terjadi, akibat adanya gesekan roda dengan aspal

Label: