Suhu

A. Pengertian Suhu

Saat malam kita merasa dingin sedang pada siang hari kita merasakan panas. Perbedaan panas atau dingin tersebut disebut dengan suhu, sehingga suhu adalah ukuran derajat panas atau dinginnya suatu benda. Benda yang panas memiliki suhu lebih tinggi dibandingkan dengan benda dingin. Dalam SI,  suhu dinyatakan dalam satuan Kelvin (K) meskipun dalam kehidupan sehari-hari suhu lebih banyak dinyatakan dalam satuan derajat Celcius (°C).

B. Alat Ukur Suhu

Secara sederhana kita dapat menentukan sebuah benda panas atau dingin karena kita memiliki indra perasa. Namun kita tidak dapat menentukan secara tepat berapa nilai panas tersebut, hal ini karena ketika kita mengukur panas dengan indra perasa maka hasil yang dirasakan setiap orang bisa berbeda maka nilai pengukuranya bersifat relatif maka untuk mendapatkan nilai suhu yang tepat maka digunakan termometer.

Dasar dari pembuatan termometer adalah perubahan volume zat cair dengan prinsip kerja bahwa apabila zat cair dalam termometer terkena panas, maka akan memuai sehingga tinggi zat cair pada pipa kaca berubah dan akan menunjukkan skala tertentu. Dari sinilah suhu sebuah benda dapat dibaca dan ditentukan.

1.  Zat yang digunakan sebagai bahan pengisi termometer

a.  Air raksa

1.  Keunggulan raksa sebagai bahan pengisi termometer adalah:

-    Raksa tidak membasahi dinding kaca,

-    Raksa merupakan penghantar panas yang baik,

-    Kalor jenis raksa rendah akibatnya dengan perubahan panas yang kecil cukup dapat  mengubah suhunya,

-    Jangkauan ukur raksa lebar karena titik bekunya -39°C dan titik didihnya 357°C.

-    Volume air raksa berubah secara teratur

2.  Kelemahan raksa sebagai bahan pengisi termometer yaitu:

-    Raksa tidak dapat digunakan mengukur lebih rendah dari -39°C.

-    Harga raksa mahal.

-    Bila tabungnya pecah sangat berbahaya, karena raksa termasuk zat beracun.

b.  Alkohol

1.  Keuntungan alkohol sebagai bahan pengisi termometer antara lain:

-    Memiliki titik beku yang rendah sampai -114°C.

-    Harganya relatif lebih murah.

-    Alkohol lebih cepat mengalami pemuaian.

2.  Kelemahan alkohol sebagai bahan pengisi termometer, yaitu:

-    Pemuaiannya tidak teratur.  

-    Tidak berwarna sehingga sulit dilihat.

-    Membasahi dinding kaca.

-    Tidak bisa digunakan untuk mengukur suhu benda yang tinggi, sebab pada suhu 78°C alkohol sudah mendidih.

2.  Macam termometer

a.  Berdasarkan kegunaannya

1.  Termometer dinding (termometer ruang)

Berfungsi untuk mengukur suhu suatu ruangan, mempunyai batas ukur -22°C sampai dengan 50°C atau O°F sampai dengan 120°F.

2.  Termometer klinis atau termometer suhu badan

Termometer klinis digunakan untuk mengukur suhu badan manusia. Skala pada termometer ini adalah 35°C sampai dengan 42°C. Zat pengisi termometer ini adalah raksa.

3. Termometer optik (pirometer)

Termometer optik digunakan untuk mengukur benda-benda bersuhu tinggi dan berkilau. Titik tetap atasnya mencapai 1000°C.

4.  Termometer maksimium - minimum Six Bellani

Termometer ini digunakan untuk mengukur suhu maksimum dan minimum dalam selang waktu tertentu. Termometer ini menggunakan zat pengisi raksa dan alkohol dalam tabung berbentuk U (sekarang digunakan minyak creosote).

5.  Termometer laboratorium

Termometer laboratorium merupakan termometer yang dipakai dalam suatu praktikum di laboratorium. Cara penggunaannya: bagian tendon (reservoir) dimasukkan ke dalam cairan atau larutan, kemudian permukaan zat termometrik (alkohol atau raksa) pada termometer akan menunjukkan skala suhu.

b.  Berdasarkan skalanya

1.  Termometer Celcius

Termometer Celsius ditemukan oleh Andreas Celcius (1701–1744), seorang ahli fisika dari Swedia. Celcius menentukan titik tetap bawah skala termometer dengan patokan suhu es yang sedang mencair, yang diberi skala 0°. Titik tetap atasnya berpatokan pada suhu air mendidih pada tekanan 76 cmHg, yang diberi skala 100°. Satuan suhu yang diukur menggunakan termometer Celsius yaitu derajat celsius, ditulis: °C.

2.  Termometer Reamur

Termometer ini dikenalkan oleh Reamur, seorang ahli fisika berkebangsaan Prancis. Reamur menentukan titik tetap bawah dan titik tetap atas skala termometer sama seperti Andreas Celcius. Namun, Reamur memberi skala 0° untuk titik tetap bawah  dan 80° untuk titik tetap atas termometernya. Satuan suhu yang diukur menggunakan termometer Reamur yaitu derajat reamur, ditulis: °R.

3.  Termometet Fahrenheit

Termometer jenis ini dikenalkan oleh Gabriel D. Fahrenheit, seorang ahli fisika berkebangsaan Jerman. Fahrenheit menetapkan titik tetap bawah, yaitu suhu campuran es dan garam amonium klorida. Titik ini ditetapkan menjadi 0°F. Suhu campuran air dan es (titik beku air) pada termometer Fahrenheit diberi skala 32°F. Sementara titik tetap atas termometer ini, yaitu suhu air mendidih diberi skala 212°F.

4.  Termometer Kelvin

Termometer Kelvin ditetapkan oleh fisikawan Inggris Lord Kelvin. Skala Kelvin memiliki satuan Kelvin (disingkat K, bukan °K). Pada skala Kelvin, tidak ada skala negatif karena titik beku air ditetapkan sebesar 273 K dan titik didih air ditetapkan sebesar 373 K. Hal ini berarti suhu 0 K sama dengan –273 °C. Suhu ini dikenal sebagai suhu nol mutlak. Para ilmuwan yakin bahwa pada suhu nol mutlak, molekul-molekul diam atau tidak bergerak. Dengan alasan inilah skala Kelvin sering digunakan untuk keperluan ilmiah. Skala Kelvin merupakan satuan internasional untuk temperatur.

3.  Perbandingan skala termometer

No.	Jenis Termometer	Titik Tetap Bawah	Titik Tetap Atas	Selisih (Jumlah Skala)
1.	Celcius	0°C	100°C	100
2.	Reamur	0°R	80°R	80
3.	Fahrenheit	32°F	212°F	180
4.	Kelvin	273°K	373°K	100

Perbandingan skala

C : R : (F – 32) = 100 : 80 : 180

C : R : (F – 32) = 5 : 4 : 9

Dari perbandingan di atas diperoleh rumus sebagai berikut:

a.  Perbandingan skala Celcius dan Reamur

C : R = 5 : 4

b.  Perbandingan skala Celcius dan Fahrenheit

C : (F – 32) = 5 : 9

c.  Perbandingan skala Reamur dan Fahrenheit

R : (F – 32) = 4 : 9

d.  Untuk suhu dalam SI menggunakan skala Kelvin dapat ditentukan dengan rumus

K = C + 273 atau C = K – 273

Besaran dan Satuan

A.  Besaran

Besaran fisika adalah ukuran fisis suatu benda yang dinyatakan secara kuantitas. Besaran fisika dibagi menjadi dua yaitu besaran pokok dan besaran turunan. Sistem satuan besaran fisika pada prinsipnya bersifat tetap dan berlaku universal. Sistem satuan standar ditetapkan pda tahun 1960 di Sevres, Swiss.

1.  Besaran Pokok

Besaran pokok adalah besaran yang satuannya didefinisikan terlebih dahulu dan tidak dapat dijabarkan dari besaran lain. Tujuh besaran pokok tersebut adalah:

No	Besaran pokok	satuan SI/MKS	Satuan CGS
1.	Panjang	meter (m)	centimeter (cm)
2.	Massa	kilogram (kg)	gram (g)
3.	Waktu	detik (s)	detik (s)
4.	Suhu	Kelvin (K)	Kelvin (K)
5.	Kuat arus	ampere (A)	stat ampere (stat A)
6.	Intensitas Cahaya	candela (Cd)	candela (Cd)
7.	Jumlah Molekul	kilo mol (kmol)	mol (mol)

2.    Besaran Turunan

Besaran turunan adalah besaran yang satuannya diturunkan dari satuan-satuan besaran pokok, perhatikan contoh berikut ini:

a.    Masa jenis

Masa jenis merupakan hasil dari massa dibagi volume.

Massa jenis = massa/volume = kg/m³

b.    Besaran usaha

Usaha merupakan hasil kali gaya dengan perpindahan.

Usaha  = gaya x perpindahan

= kg. m/s² x m

= N x m = Joule (J)

Perhatikan contoh besaran turunan berikut!

No	Besaran Turunan	Penjabaran dari Besaran Pokok	Satuan Sistem MKS
1.	Luas	Panjang x Lebar	m2
2.	Volume	Panjang x Lebar x Tinggi	m3
3.	Kecepatan	Perpindahan : Waktu	m/s
4.	Tekanan	Gaya : Luas	pascal (Pa) =  N/m2
5.	Momentum	Massa x Kecepatan	kg.m/s

B.   Satuan

Satuan adalah pembanding dalam suatu pengukuran. Contoh satuan seperti centimeter, meter, kilogram, kubik dan sebagainya.

Satuan dibagi menjadi dua yaitu satuan baku dan satuan tidak baku. Satuan baku adalah satuan yang digunakan untuk melakukan pengukuran dengan hasil yang sama atau tetap untuk semua orang. Misalnya kilogram (berat), celcius (suhu). Satuan tidak baku adalah satuan yang digunakan untuk melakukan pengukuran dengan hasil yang tidak sama untuk orang yang berlainan. Misalnya lengan, tombak, jengkal dan lainnya.

1.  Satuan Sistem Internasional

Pada tahun 1960, suatu perjanjian internasional menetapkan satuan sistem internasional. Satuan tersebut berlaku di negara manapun dengan pertimbangan satuan tersebut harus memenuhi syarat sebagai berikut:

a.  Satuan selalu tetap, artinya tidak mengalami perubahan karena pengaruh apapun, misalnya suhu, tekanan dan kelembaban.

b.  Bersifat internasional, artinya dapat dipakai di seluruh negara.

c.  Mudah ditiru bagi setiap orang yang akan menggunakannya.

2.  Satuan Standar

a.  Satuan Standar Besaran Panjang

Satuan panjang dinyatakan dalam meter (m), centimeter (cm), kilometer (km). Dalam SI satuan panjang adalah meter. Satuan panjang sebelumnya ditetapkan 1/10.000.000 dari jarak kutub utara ke khatulistiwa melalui Paris, kemudian Satu meter didefinisikan sebagai jarak dua goresan pada batang ketika bersuhu 0ºC. Meter standar ini disimpan di International Bureau of Weights and Measure di Sevres, dekat Paris. Pada 1960 satu  meter standar adalah jarak 1650763,72 kali panjang gelombang sinar jingga yang dipancarkan oleh atom gas krypton-86 dalam ruang hampa pada suatu lucutan listrik.

Pada tahun 1983, definisi satu meter standar diubah lagi oleh International Bureau of Weight and Measure (Badan Internasional tentang Berat dan Ukuran), yaitu satu meter standar sama dengan jarak tempuh cahaya dalam ruang hampa dalam waktu 1/299792458 sekon.

b.  Satuan Standar Besaran Massa

Massa suatu benda adalah banyaknya zat yang terkandung di dalam benda tersebut. Satuan pokok besaran massa dalam SI adalah kilogram. Semula satu kilogram standar didefinisikan sebagai massa silinder platina iridium yang disimpan di Sevres, Prancis.

Dalam perkembangan selanjutnya, massa satu kilogram standar dipilih sedemikian rupa sehingga sama dengan massa 1 liter air murni pada suhu 4°C.

c.  Satuan standar Besaran Waktu

Satuan pokok besaran waktu di dalam SI adalah sekon atau detik. Pada tahun 1956, satu sekon standar ditetapkan berdasarkan waktu hari rata-rata dalam satu tahun, yaitu:  satu sekon standar = 1/6 x 1/60 x 1/24 = 1/86.400 hari matahari rata-rata.

Mulai tahun 1967, satuan waktu standar ditetapkan berdasarkan jam atom caesium. Satu sekon didefinisikan sebagai waktu yang diperlukan oleh atom caesium 133 (Cs-133) untuk bergetar sebanyak 9.192.631.770 kali.

3.   Konversi Satuan

Konversi satuan adalah mengubah satuan tertentu lebih besar atau lebih kecil dengan catatan tidak mengubah nilai.

Saat ini kita mengenal dua jenis satuan yaitu sistem Inggris dan sistem metrik. Sistem Inggris dikenal dengan foot, ponds, second (FPS), sistem metrik dibagi dua yaitu MKS (meter, kilogram, second) dan CGS (centimeter, gram, second).

Besaran	Sistem Inggris	MKS	CGS
panjang	kaki (foot)	meter (m)	centimeter (cm)
massa	pon (pound)	kilogram (kg)	gram (g)
waktu	sekon (second)	sekon (s)	sekon (s)

Untuk mengkonversi satuan dari satuan metrik ke satuan Inggris digunakan konversi seperti berikut:

1 cm               =  0,3937 inci

1 meter           =  3,281ft (kaki)

1 meter           =  1,094yard

1 ft (kaki)        =  12 inchi

1 yard             =  3 ft