1. Suhu - pengertian suhu - pengukuran suhu - skala suhu - pemuaian 1
Pengertian Suhu Pengertian awam: temperatur merupakan sensasi indra kita terhadap panas-dinginnya (hotness and coldness) suatu benda.
Teh Panas Teh es
Temperatur Tinggi
Temperatur Rendah 2
Secara saintifik pengukuran besaran ini harus dapat dikuantifikasi (berupa angka numerik), bukan hanya direka dengan perasaan. Pengertian temperatur sangat berlainan dengan pengertian “panas” di Fisika Æ panas adalah salah satu bentuk aliran energi 3
Suhu dan Energi z
z
z
Secara mikroskopis, suhu berkaitan dengan energi yang dimiliki oleh suatu benda. Setiap atom dalam suatu benda masingmasing bergerak, baik itu dalam bentuk perpindahan maupun gerakan di tempat berupa getaran. Makin tinggi energi atom-atom penyusun benda, makin tinggi suhu benda tersebut. 4
z z z
z z
Banyak sifat benda berubah karena perubahan suhu: pemuaian benda perubahan tahanan listrik perubahan bentuk (mencair, membeku, menguap, mengembun) perubahan warna dll. 5
Pengukuran Suhu Alat yang digunakan untuk mengukur suhu Æ termometer. Cukup banyak jenis termometer: • termometer alkohol • termometer merkuri • termistor • bi-metal mechanical thermometer • electrical resistance thermometer • silicon bandgap temperature sensor • thermocouple • Etc. 6
Satuan Suhu z z
z
z
Mengacu pada SI, satuan suhu adalah Kelvin (K). Skalaskala lain adalah Celsius, Fahrenheit, dan Reamur. Pada skala Celsius, 0°C adalah titik air membeku dan 100°C adalah titik didih air pada tekanan 1 atmosfer. Skala ini adalah yang paling sering digunakan di dunia. Skala Celsius juga sama dengan Kelvin sehingga cara mengubahnya ke Kelvin cukup ditambahkan 273 (atau 273.15 untuk lebih tepatnya). Skala Fahrenheit adalah skala umum yang dipakai di Amerika Serikat. Suhu air membeku adalah 32°F dan titik didih air adalah 212°F. Sebagai satuan baku, Kelvin tidak memerlukan tanda derajat dalam penulisannya. Misalnya cukup ditulis suhu 20 7 K saja, tidak perlu 20° K.
Mengubah Skala Suhu Cara mudah untuk mengubah dari Celsius, Fahrenheit, dan Reamur adalah dengan mengingat perbandingan C:F:R = 5:9:4. Caranya, adalah (Skala tujuan)/(Skala awal)xSuhu. Dari Celsius ke Fahrenheit setelah menggunakan cara itu, ditambahkan 32. Contoh z100°C pada skala Fahrenheit adalah 9/5 x 100 + 32 = 212°F z77°F pada skala Celsius adalah 5/9 x (77-32) = 25°C 8
9
Contoh Konversi: Dari Kelvin Skala yang diinginkan
Formula
Celsius
°C = K − 273,15
Fahrenheit
°F = K × 1,8 − 459,67
Rankine
°Ra = K × 1,8
Delisle
°De = (373,15 − K) × 1,5
Newton
°N = (K − 273,15) × 33/100
Réaumur
°Ré = (K − 273,15) × 0,8
Rømer
°Rø = (K − 273,15) × 21/40 + 7,5 Dari Celcius
Skala yang diinginkan
Formula
kelvin
K = °C + 273,15
Fahrenheit
°F = °C × 1,8 + 32
Rankine
°Ra = °C × 1,8 + 491,67
Delisle
°De = (100 − °C) × 1,5
Newton
°N = °C × 33/100
Réaumur
°Ré = °C × 0,8
Rømer
°Rø = °C × 21/40 + 7,5
10
z
Suhu paling terdingin di bumi pernah dicatat di Stasiun Vostok, Antarktika pada 21 Juli 1983 dengan suhu -89,2°C.
11
Ekspansi Termal Apabila suhu sebuah benda dinaikkan, maka benda akan memuai (bertambah panjang, bertambah luas atau bertambah volume). To
Lo
∆L T L 12
Koefisien muai panjang/α ∆L = α Lo ∆T disini: ∆L : pertambahan panjang α : Koefisien muai panjang Lo : panjang mula-mula ∆T : kenaikan suhu: T - To 13
Koefisien muai volume/β ∆V = β Vo ∆T disini: ∆V : pertambahan volume β : Koefisien muai volume Vo : volume mula-mula ∆T : kenaikan suhu: T - To 14
Dapat dibuktikan secara pendekatan:
β=3α
15
16
Contoh soal Sebuah cincin besi akan dipasang pada batang silinder. Pada suhu 20oC diameter batang 6,453 cm dan diameter dalam cincin 6,420 cm. Pada temperatur berapa cincin harus dipanaskan supaya batang silinder dapat masuk ke dalam cincin? Koefisien muai panjang: α = 1,2x10-5 Co-1
17
Jawab: ∆L = α Lo ∆T dst. Æ ∆T = 430o C Maka T = 450o C
18
Anomali air
Pada suhu 40C air mempunyai berat terbesar. Itu sebabnya ikan dapat hidup di danau yang permukaannya tertutup es. 19
20
Tekanan/P Sebagaimana di Mekanika, tekanan merupakan gaya persatuan luas. F A
P = F/A
21
Satuan tekanan di MKS: 1 N m-2 Satuan lain: 1 bar = 105 N/m2 atau 106 dyne/cm2 1 µ bar (mikro bar) = 1 dyne/cm2 1 atm = tekanan yang dihasilkan oleh kolom air raksa setinggi 76 cm = 1,01325×105 N/m2 1 Torr = 1 mmHg = 133,3 N m-2
22
Hukum-hukum pada Gas Dari hasil eksperimen, nilai besaran-besaran termodinamika bergantung satu sama lain.
Volume dikecilkan Æ tekanan naik
Suhu dinaikkan Æ panjang bertambah 23
Hukum Boyle z
Untuk gas dengan suhu tetap PV = konstan
Hukum Boyle-Gay Lussac z
Pendekatan gas ideal:
PV T
= konstan
24
Formula gas ideal PV = nRT dengan z n : jumlah mole gas z R : konstanta gas universal = 8,314 J/mole K
25
Beberapa formula lain N PV = nRT = RT NA
PV = N kBT dengan z N : jumlah partikel gas z NA: bilangan Avogadro = 6,02×1023 z kB : konstanta Boltzmann = 1,38×10-23 J/K
26
Pertanyaan z z
Perkirakan jumlah mole gas di ruangan ini? Perkirakan jumlah partikel gas di ruangan ini?
Petunjuk: gunakan asumsi yang masuk akal
27
Contoh soal
28
Pada proses isotermal:
T1 T2 T3
Volume
disini Pv = RT = konstan, “Hukum Boyle”. 29
Pada proses isokhoris:
V1 V2 V3
Temperatur
⎛ nR ⎞ disini P = ⎜ ⎟ T = konstan × T ⎝V ⎠ 30
Sebaliknya pada proses isobaris: ⎛ nR ⎞ V = ⎜ ⎟ T = konstan × T ⎝P⎠
31
z
Menuju ke Bab 2
32
