TEMPERATUR
Temperatur merupakan suatu besaran fisika yang menyatakan tinggi rendahnya taraf atau suhu suatu benda. Alat yang digunakan untuk mengukur temperatur suatu benda disetebut termometer.
Pada dasarnya termometer yang sering digunakan dibuat berdasarkan pengaruh perubahan suhu terhadap volume. Zat cair yang sering digunakan biasanya raksa atau alkohol yang dimasukkan kedalam pipa kapiler dari gelas. Jika pipa kapiler disentuhkan pada panas, raksa ataau alkohol dalam pipa itu segera memuai.
Raksa dipilih untuk mengisi tabung termometer dengan pertimbangan: a. Raksa peka terhadap perubahan suhu. b. Raksa mempunyai titik beku -39◦C dan titik didih 357◦C c. Raksa tidak membasahi dinding tabung d. Raksa mudah dilihat karena mengkilat seperti perak e. Pemuaian raksa teratur (linier) tehadap kenaikan suhu
Alkohol hanya baik dipakai untuk mengukur suhu yang rendah karena mempunyai titik beku -114◦C dan titik didih 78◦C
Temperatur yang menggunakan sifat termometriik dari raksa ialah termometer celcius, reamur, fahrenhaid. Termometer-termometer ini selalu menggunakan dua titik tetap sebagai acuhan suhu, yaitu titik tetap atas dan tetap bawah Titik tetap bawah memakai suhu es yang sedang melebur pada tekanan udara normal (76 cmhg). Suhu ini dinyatakan 0◦C Titik tetap atas mnggunakan suhu air mulai mendidih pada tekanan udara normal. Suhu ini dinyatakan 100◦C. Sedang suhu dibawah 0◦C .
RUMUS L – Lo/Lt –Lo =
X – Xo/Xt – Xo
Keterangan: L= Penunjukan termometer A Lo= Titik beku termometer A Lt = Titik didih termometer A X = Penunjukan termometer B Xo = Titik beku termometer B Xt = Titik didih termometer B
Penetapan titik tetap bawah dan titik tetap atas diukur pada tekanan 1 atm Termometer C Titik lebur es diberi angka 0.Titik didih air diberi angka 100.daerah antara kedua titik tetap tersebut dibagi dalam 100 skala Termometer R 2 Titik lebur es diberi agka 0. Titik didih air diberi angka 80. Daerah antara kedua titik tetap tersebud dibagi mnjadi 80 skala Termometer F Titik lebur es diberi angka 32. Titik didih air diberi angka 212. Daerah angka32dan 212 dibagi menjadi 180 skala Termometer K Titik terbawah diberi angka 0. Menurut kelvin suhu es melebur ditetapkan sama dengan sekala 273 dan titik didih air sama dengan 373. Rentang skala kelvin sama dengan rentang sekala C yaitu 100 skala DARI SINI DAPAT DISIMPULKAN 100 skala C : 80 skala R : 180 skala F : 100 skala + 273 K 5 : 4 : 9 : t◦C + 273
Benda dikatakan memuai jika suhu zat dinaikan, molekul-molekul atau atom-atom itu bergetar makin cepat, tetapi gaya terik-meenariknya makin lemah sehingga jarak antara molekul-molekul atau atomatomnya semakin besar. Pemuaian ada 3 yaitu, Pemuaian zat padat, Pemuaian zat cair, Pemuaian gas Pemuaian zat padat : pemuaian panjang, Luas, dan Volum Pemuaian zat cair :pemuaian volum Pemuaian zat gas : pemuaian volum
Pemuaian zat padat dapat diiselidiki dengan alat MUSSCHENBROOK. Dengan menggunakan alat ini , beberapa logam yang tidak sejenis dan sama panjang setelah dipanaskan, ternyata pertambahan panjang logam-logam tersebut tidak sama. Berdasarkan percobaan, pertambahan panjang (∆L) berbanding lurus dengan panjang logam mula-mula serta berbanding lurus dengan perubahan suhunya (∆T) ∆L = α Lo ∆T
ataw
α = ∆L/Lo ∆T
Jika panjang logam mula-mula Lo, setelah di panaskan Lt, maka pertambahan panjang ∆L = Lt – Lo sehingga dapt ditulis Lt – Lo = α Lo ∆T Lt = Lo + α Lo ∆T Atau Lt = Lo( 1 + α ∆T)
∆A = β Ao ∆T atau β = ∆A/Ao ∆T Jika luas mula-mula = Ao; luas sesudah dipanaskan = At, maka persamaan diatas dapat ditulis At = Ao(1 + β ∆T)
Mula-mula pelat tipis mempunyai ukuran panjang Po dan lebar Lo. Setelah dipanaskan panjangnya menjadi Pt= Po + ∆P dan lebarnya Lt = Lo + ∆L. Luas mula-mula Ao =Po Lo dan luas sesudah dipanaskan : At = Pt Lt = ( Po + ∆P )( Lo + ∆T) = (Po + α Po ∆T)(Lo + α Lo ∆T) = Po( 1 + α ∆T) Lo( 1 + α ∆T) = Po Lo( 1 + α ∆T ) ( 1 + α ∆T ) = Po Lo( 1 + 2α∆T +α ² ∆T² ) Karena α² ∆T² sangt kecil harganya maka dapat diabaikan sehingga persamaannya dapat ditulis At = Po Lo ( 1 + 2α ∆T ) At = Ao ( 1 + 2α ∆T ) Persamaan ini dapat dibandingkan dengan persamaan muai panjang β = 2α
∆V = γ Vo ∆T Atau γ = ∆V/Vo ∆T Jika volum mula-mulaVo, volum sesudah dipanaskan Vt; persamaan dapat dituliskan : Vt = Vo ( 1 + γ∆T )
Volum mula- mula Vo = Lo Po to Setelah suhunya dinaikkan volum menjadi: Vt = ( Lo + ∆T ) (Po + ∆P) (to + ∆t) =(Lo + α Lo ∆T)(Po + α Po ∆T) (to + α to∆T) = LoPo to( 1 + α ∆T )( 1 + α ∆T )( 1 + α ∆T ) = Lo Po to ( 1 + 3α∆T + 3α²∆T² + α³∆T³ ) Faktor 3α²∆Tdan α³∆T³ harganya sangat kecil sehingga dapat diabaikan , sehingga persamaan dapat ditulis: Vt = Lo Po to ( 1 + 3α∆T ) Vt = Vo ( 1 + 3α∆T) γ =3α
Berbeda dengan zat padat, zat cair hanya mengalami pemuaian volume. Rumus yang digunakan sama dengan rumus pemuaian volum yang terjadi pada zat padat Sifat Anomali air digunakan sebagai dasar pembuatan termometer.
Pada umumnya zat cair akan memuai jika dipanaskan. Akan tetapi tidak demikian untuk air. Air akan menyusut ketika dipanaskan dari suhu 0°C-4°C. Pada suhu diatas 4°C air akan memuai jika dipanaskan seperti halnya zat cair lainnya. Jadi pada suhu diantara 0°C dan 4°C air menyusut dan di atas suhu 4°C air memuai jika dipanaskan. Sifat pemuaian air yang tidak teratur ini disebut anomali air.
Hal ini karena molekul H2O dalam bentuk padat (es) penuh dengan rongga, sedangkan dalam bentuk cair (air) lebih rapat. Dengan demikian, pada saat dipanaskan, molekul H2O (es) akan merapat lebih dahulu, akibatnya volumnya menyusut.
“keuntungan adanya anomali air”, Air yang membeku dalam bebatuan, karena volumenya membesar maka mampu memecahkan bebatuan, dengan begitu mineral dalam batuan bisa keluar dan memberikan manfaat bagi kehidupan (tumbuhan dan lain-lain). Jadi kemampuan air untuk masuk pada celah-celah bebatuan. Pada suhu 4 derajat, ukuran air (volume) paling kecil, kemudian akan membesar sampai ke titik beku. Kemampuan air ini, memungkinkan proses penghancuran batuan terjadi secara alamiah dan terbentuklah tanah untuk kehidupan.
Pemuaian pada gas terjadi pada saat gas tersebut dipanaskan, pemuaian pada gas ini terjadi pada semua jenis gas. Ban mobil meletus terjadi karena pemuaian udara atau gas di dalam ban. Pemuaian pada gas tersebut terjadi karena adanya kenaikan suhu udara di ban mobil akibat gesekan roda dengan aspal.
Proses Pemuaian Pada Gas Salah satu bukti adanya pemuaian gas di antaranya labu didih yang berisi gas akan menghasilkan gelembung-gelembung udara yang ke luar dari pipa kapiler. Gelembunggelembung udara tersebut merupakan akibat dari pemuaian gas yang terjadi di dalam labu didih yang dipanaskan. Apabila pemanasannya dihentikan, maka suhu gas dalam labu itu akan turun, yang berakibat terjadinya penyusutan gas dan air akan masuk ke dalam labuh itu. Besarnya koefisien muai untuk berbagai jenis gas adalah sama nilainya, yaitu sebesar 1/273 K.
Jenis-Jenis Pemuaian Pada Gas : Pemuaian gas dibedakan tiga macam, yaitu 1. pemuaian gas pada suhu tetap (isotermal), 2. pemuaian gas pada tekanan tetap (isobar), dan 3. pemuaian gas pada volume tetap (Isokhorik).
Pemuaian Gas pada Suhu Tetap (Isotermal) Pernahkah kita memompa ban dengan pompa manual. Apa yang kita rasakan ketika baru pertama kali menekan pompa tersebut? Apa yang kita rasakan ketika kita menekannya lebih jauh? Awalnya mungkin terasa ringan. Namun, lama kelamaan menjadi berat. Hal ini karena ketika kita menekan pompa, itu berarti volume gas tersebut mengecil.
Pemuaian gas pada suhu tetap berlaku hukum Boyle, yaitu gas di dalam ruang tertutup yang suhunya dijaga tetap, maka hasil kali tekanan dan volume gas adalah tetap. Dirumuskan sebagai P V = tetap
Atau P1 V1 = P2 V2 Keterangan, P = tekanan gas (atm) V = volume gas (L)
Pemuaian Gas pada Tekanan Tetap (Isobar)(Pengayaan) Pemuaian gas pada tekanan tetap berlaku hukum Gay Lussac, yaitu gas di dalam ruang tertutup dengan tekanan dijaga tetap, maka volume gas sebanding dengan suhu mutlak gas. Dalam bentuk persamaan dapat dituliskan sebagai
Dimana : V = volume (L) T = suhu (K)
Pemuaian Gas Pada Volume Tetap (Isokhorik) (Pengayaan) Pemuaian gas pada volume tetap berlaku hukum Boyle-Gay Lussac, yaitu jika volume gas di dalam ruang tertutup dijaga tetap, maka tekanan gas sebanding dengan suhu mutlaknya. Hukum Boyle-Gay Lussac dirumuskan sebagai
Dengan menggabungkan hukum boyle dan hukum Gay Lussac diperoleh persamaan
Keterangan: P = tekanan (atm) V = volume (L) T = suhu (K)
HUKUM GAY-LUSSAC PADA TEKANAN TETAP
V/T = KONSTAN Jadi pada suhu T1 volum gas V1 dan pada suhu T2 volum gas V2, maka
V1/T1 = V2/T2 Pada tekanan tetap, volum sebanding dengan suhu mutlaknya. Rumusnya juga dapat dijabarkan dari persamaan Vt = Vo( 1 + γT) dengan disubstitusikan γ = 1/273 K diperoleh Vt= Vo( 1 + T/273) T0 = 273 Vt = Vo(273/273 + T/ 273) T = 273+T Vt = Vo((273+T)/273) Vt .273 = Vo( 273 + T) Vt.To = Vo.T Vt/T = Vo/To
HUKUM GAY-LUSSAC PADA VOLUM TETAP
Pada suhu tetap , tekanan gas sebanding dengan suhu mutlaknya Secara matematis P – T atau P/T = KONSTAN
Jika pada suhu T1 tekanan gas pada P1 dan pada suhu T2 tekanan gas pada P2, maka P1/T1 = P2/T2 P1 T2 = P2 T1
HUKUM BOYLE
Hasil kali antara tekanan dan volume gas pada suhu tetap adalah KONSTAN
P.V = KONSTAN Jika pada tekanan P1 volum gas V1 dan pada tekanan P2 volum gas V2, maka
P1 V1 = P2 V2
HUKUM BOYLE – GAY LUSSAC
Perbandingan antara hasil kali tekanan dan volume gas dengan suhu mutlaknya adalah konstan
P V/T = KONSTAN Jika keadaan awal gas mepunyai P1, V1, T1 dan keadaan berikutnya menjadi P2, V2, T2, maka P1 V1/T1 = P2 V2/T2
1. 2.
3. 4.
5.
6.
Pada sekala berapa termometer celcius dan fahrenhait menunjukkan angka yang sama? Titik tetap termometer A adalah suhu es melebur (-5◦A) dan titik tetap atasnya adalah suhu air mendidih (120◦A).Termometer B pada peristiwa yang sama , titik tetap bawah dan titik tetap atasnya berturut-turut -25◦B dan 125◦B.Jika termoeter A menunjukkan angka 20, berapa yang ditunjuk oleh termometer B? Batang baja pada suhu 273 K panjangnya 100 cm.Jika koefisien muai panjang baja 1,1 . 10ˉ Kˉ¹, berapa panjang baja pada suhu 378 K? Pelat besi luasnya 8 m² dan suhunya 30◦C, kemudian dinaikkan suhunya menjadi 100◦C.Hitunglah luas pelat tersebut pada suhu 100◦C jika koefisien muai panjang besi ,1 . 10ˉ ◦Cˉ¹! Sebuah gelas pyrex yang mempunyai volum 300 cm ³ pada suhu 20◦C berisi penuh dengan air.Berapa cm³ air akan tumpah apabila seluruhnya dipanasi sampai 70◦C? ( α pyrex = 0,000003◦Cˉ¹ dan γ air = 0,00021◦Cˉ¹) Suatu gas pada suhu 27◦C tekanan dan volumnya masing-masing 2 atm dan 2 liter. Jika tekanan gas dinaikkan menjdi 4 atm pada temperatur tetap, berapakah volu gas itu selanjutnya?
7. Sebuah alumunium berbentuk bujur sangkar pada suhu 50º C luasnya 10 m², kemudian dipanaskan hingga alumunium luasnya bertambah 48 cm². Berapa suhu yang dibutuhkan untuk memanaskan alumunium tersebut? Koefisien muai panjang alumunium 2,4. 10-5 º C-1. 8. Sebuah alumunium berbentuk bujursangkar pada suhu 50º C luasnya 10 m², kemudian dipanaskan hingga alumunium suhu 150º C. Berapa pertambahan luasnya? Koefisien muai panjang alumunium 2,4. 10-5 º C-1. 9. Sebuah gelas pyrex yang mempunyai volum 300 cm ³ pada suhu 20◦C diisi dengan air 250 cm ³. Apakah air akan tumpah apabila seluruhnya dipanasi sampai 100◦C? ( α pyrex = 0,000003◦Cˉ¹ dan γ air = 0,00021◦Cˉ¹) 10. Sebatang baja pada suhu 20 oC panjangnya 100 cm. Kemudian memuai sehingga panjangnya menjadi 100,1 cm. Jika koefisien muai panjang baja 10-5 /oC maka suhu akhir baja tersebut adalah... 11. Pada suhu 100 oC luas lempeng alumunium adalah 2,015 m2. Jika luas lempeng pada suhu 0 oC adalah 2 m2 maka koefisien muai luas alumunium adalah... 12. Sebuah silinder tembaga pada suhu 25 oC volumenya 1 liter. Jika koefisien muai panjang tembaga 2 . 10-4 /oC, maka volume silinder ketika suhunya 105 oC adalah.. 13. Selembar baja pada suhu 20 oC memiliki ukuran seperti gambar.
Jika koefisien muai panjang baja 10-5 /oC, maka pertambahan luas pada suhu 60 oC adalah...
