Suhu, Kalor dan Pemuaian

A. Suhu

Suhu merupakan ukuran mengenai panas atau dinginnya suatu zat atau benda. Suhu dapat mengubah sifat zat, contohnya sebagian besar zat akan memuai ketika dipanaskan. Suhu diukur dengan alat yang dinamakan termometer. Ada 4 macam termometer menurut skalanya, yaitu:

1. Thermometer celsius
2. Thermometer reamur
3. Thermometer fahrenheit
4. Thermometer kelvin

Titik tetap bawah termometer adalah titik derajat suhu yang terendah pada suatu termometer. Titik tetap atas termometer adalah titik derajat suhu yang tertinggi pada suatu termometer. Perbandingan skala antara termometer Celsius, termometer Reamur, dan termometer Fahrenheit adalah:

C : R : F = 100 : 80 : 180

C : R : F = 5 : 4 : 9

B. Kalor

Kalor adalah suatu bentuk energi yang secara alamiah dapat berpindah dari benda yang suhunya tinggi menuju suhu yang lebih rendah saat bersinggungan. Kalor adalah suatu bentuk energi yang diterima oleh suatu benda yang menyebabkan benda tersebut berubah suhu atau wujud bentuknya.

1. Kalor Mengubah Suhu Benda

Untuk dapat menaikkan suhu suatu benda maka banyaknya kalor yang diperlukan bergantung pada lamanya waktu pemanasan dan massa zat.

Besarnya kalor (Q) yang dibutuhkan oleh suatu benda akan sebanding dengan massa benda (m), bergantung pada kalor jenis (c), dan juga akan sebanding dengan kenaikan suhu (Δt).

Q = m . c . Δt

Keterangan:

Q = kalor yang diperlukan atau dilepaskan (J)

m = massa benda (kg)

c = kalor jenis benda (J/kg°C)

Δt = kenaikan suhu (°C)

2. Kalor Mengubah Wujud Benda

Besarnya energi kalor (Q) yang dibutuhkan untuk mengubah wujud suatu zat berbanding lurus dengan massa benda (m) dan kalor laten (L).

Q= m x L, dengan L = kalor laten.

Kalor Laten adalah kalor yang dibutuhkan tiap satu satuan massa zat untuk mengubah wujudnya tanpa mengalami perubahan suhu. Terdapat dua kalor laten yaitu:

Kalor Lebur (L) : Banyaknya kalor yang dibutuhkan tiap satu satuan massa zat untuk melebur pada titik leburnya. Besar energi kalor yang dibutuhkan:

Q= m . L ,  dengan L= kalor lebur (J/kg)

Kalor uap  (U) : Banyaknya kalor yang dibutuhkan tiap satu satuan massa zat cair untuk menjadi uap pada titik didihnya. Besar energi kalor yang dibutuhkan:

Q= m . U ,  dengan U= kalor uap (J/kg)

3. Perpindahan Kalor

1. Konduksi

Konduksi adalah perpindahan kalor melalui suatu zat tanpa disertai perpindahan partikel-partikel zat tersebut. Contoh: Pemanas batang besi.

2. Konveksi

Konveksi adalah perpindahan kalor pada suatu zat yang disertai perpindahan partikel-partikel zat tersebut. Contoh: Peristiwa memasak air.

3. Radiasi

Radiasi adalah perpindahan panas tanpa melalui perantara. Contoh: Panas matahari dapat sampai ke bumi.

C. Pemuaian

Sebagian besar zat akan memuai bila dipanaskan dan menyusut ketika didinginkan. Bila suatu zat dipanaskan (suhunya dinaikkan) maka molekul-molekulnya akan bergetar lebih cepat dan amplitudo getaran akan bertambah besar, akibatnya jarak antara molekul benda menjadi lebih besar dan terjadilah pemuaian. Pemuaian adalah bertambahnya ukuran benda akibat kenaikan suhu zat tersebut. Pemuaian dapat terjadi pada zat padat, cair, dan gas.

Pemuaian Zat Padat

Pemuaian yang terjadi pada benda, sebenarnya terjadi pada seluruh bagian benda tersebut. Namun demikian, untuk mempermudah pemahaman maka pemuaian dibedakan tiga macam, yaitu pemuaian panjang, pemuaian luas, dan pemuaian volume.

1. Pemuaian Panjang

Pernahkah kamu mengamati kabel jaringan listrik pada pagi hari dan siang hari? Kabel jaringan akan tampak kencang pada pagi hari dan tampak kendor pada siang hari. Kabel tersebut mengalami pemuaian panjang akibat terkena panas sinar matahari. Alat yang digunakan untuk menyelidiki pemuaian panjang berbagai jenis zat padat adalah musschenbroek. Pemuaian panjang suatu benda dipengaruhi oleh panjang mula-mula benda, besar kenaikan suhu, dan tergantung dari jenis benda.

∆L = L0 α ∆T

L = L0 (1 + α ∆T)

Dimana

L = panjang akhir (m)

L0 = panjang mula mula (m)

∆L = perubahan panjang (m)

α = koefisien muai panjang (/0C)

∆T = perubahan suhu (0C)

2. Pemuaian Luas

Jika yang dipanaskan adalah suatu lempeng atau plat tipis maka plat tersebut akan mengalami pemuaian pada panjang dan lebarnya. Dengan demikian lempeng akan mengalami pemuaian luas atau pemuaian bidang. Pertambahan luas zat padat untuk setiap kenaikan 1ºC pada zat seluas 1 m2 disebut koefisien muai luas (β). Hubungan antara luas benda, pertambahan luas suhu, dan koefisien muai luas suatu zat adalah

∆A = A0 β ∆T

A = A0 (1 + α ∆T)

Dimana

A = luas akhir (m2)

A0 = luas mula mula (m2)

∆A = perubahan luas (m2)

β = koefisien muai luas (/0C)

∆T = perubahan suhu (0C)

3. Pemuaian Volume

Jika suatu balok mula-mula memiliki panjang P0, lebar L0, dan tinggi h0 dipanaskan hingga suhunya bertambah Δt, maka berdasarkan pada pemikiran muai panjang dan luas diperoleh harga volume balok tersebut sebesar

∆V = V0 α ∆T

V = V0 (1 + α ∆T)

Dimana

V = volume akhir (m3)

V0 = volume mula mula (m3)

∆V = perubahan volume (m3)

γ = koefisien muai volume (/0C)

∆T = perubahan suhu (0C)