Suhu dan Pemuaian1. Pengertian Suhu Untuk menyatakan panas dan dinginnya sesuatu, kita sudah terbiasa menggunakan kata sifat sejuk, dingin, hangat, panas dan sebagainya. Bila kita menyentuh sebuah benda, sifat yang disebut suhu atau temperaturnya kita terangkan berdasarkan indera suhu kita. Suhu itu akan menunjukkan apakah benda itu akan terasa panas atau dingin. Makin panas terasa, makin tinggi suhunya. Untuk mengukur suhu diperlukan besaran-besaran yang dapat diukur. Suhu suatu sistem adalah sifat yang menentukan apakah sistem itu setimbang termal dengan sistem lainnya atau tidak. Apabila dua sistem atau lebih berada pada kesetimbangn termal, sistemsistem itu dikatakan mempunyai suhu yang sama. Suhu semua sistem yang dalam keadaan setimbang termal dapat dinyatakan dengan angka. Menetapkan skala suhu adalah menentukan aturan-aturan memberikan harga dalam angka kepada suhu. Syarat bagi kesetimbangan termal antara dua sistem adalah suhu keduanya yang sama tinggi. Bila suhunya tidak sama, maka kedua sistem tersebut tidak pada kesetimbangan termal. Tingkat panas atau dinginnya benda akan menjadi sama bila sudah cukup lama berkumpul. 2. Termometer Alat pengukur suhu dinamakan termometer. Yang khas pada termometer adalah kepekaannya (perubahan koordinat keadaan akibat sedikit saja perubahan suhu dapat terukur), ketelitiannya dalam mengukur koordinat keadaan, dan reproduksibilitasnya (dapat diperbanyak). Sifat yang sering dikehendaki dari termometer adalah kecepatannya mencapai kesetimbangantermal dengan sistem lainnya.Termometer yang memenuhi syarat diatas salah satunya adalah termokopel yang banyak dipakai pada laboratorium riset dan keteknikan, yang berupa hubungan dua jenis logam atau logam campuran. Koordinat keadaan termometer ini adalah sebuah besaran kelistrikan yang disebut gaya gerak listrik (ggl) yang dapat diukur dengan potensiometer. Termokopel yang sering dipakai adalah yang terbuat dari platina murni dan yang terdiri dari 90% platina dan 10% rhodium. Tembaga dan campurannya yang konstan juga sering dipakai. Termometer tahanan terdiri atas suatu kawat halus yang telindung pipa perak berdinding tipis. Karena tahanan dapat diukur dengan ketelitian yang tinggi, termometer tahanan adalah salah satu pengukur suhu yang sangat teliti. Untuk suhu yang sangat rendah, dipakai tabung karbon kecil atau sepotong kecil kristal germanium sebagai pengganti kumparan kawat halus yang terbuat dari platina. Untuk mengukur suhu yang berada diluar batas kesanggupan termokopel dan termometer tahanan, dipergunaan pirometer optik. Pirometer optik langsung dapat menunjukkan tinggi suhu benda panas yang akan diukur suhunya. Karena tidak ada bagiannya yang harus bersentuhan dengan benda panas itu, pirometer optik dapat mengukur suhu di atas titik leleh logam. Dari semua oordinat keadaan atau termometrik, tekanan suatu gas yang volumnya dibuat tetap konstan sangat menonjol kepekaannya, ketelitian pengukurannya, dan reproduksibilitasnya. Termometer gas terutama dipakai di lembaga standard an di laboratorium riset universitas. Termometer itu biasanya besar, memakan tempat, dan lamban mencapai kesetimbangan termalnya. 3. Pembentukan Skala Suhu Termometer-termometer di atas dapat dipakai untuk menunjukkan konstannya suatu suhu jika koordinat keadaannya tetap konstan. Terbukti bahwa suatu sistemyang tejadi dari bentuk padat dan bentuk cair bahan yang sama, pada tekanan tetap konstan akan berada daa kesetimbangan fase hanya pada satu suhu tertentu. Begitu pula suatu cairan akan berada dalam kesetimbangan fase dengan uapnya hanya pada satu suhu tertentu bila tekanan dibuat tetap konstan. Suhu pada zat padat dan zat cair yang terjadi dari bahan yang sama berada bersama-sama dalam kesetimbangan fase pada tekanan atmosfir dinamakan tiik lebur normal. Suhu pada zat car dan uapnya berada dalam kesetimbangan fase pada tekanan atmosfir, dinamakan titik didih normal. Kesetimbangan fase antara zat padat dan uapnya kadang-kadang mungkin terjadi pada tekanan atmosfir. Suhu pada kejadian ini disebut titik sublimasi normal. Ketiga fase, padat, cair, dan uap dapat pula ko-eksistensi dalam kesetimbangan, tetapi pada tekanan dan suhu tertentu, dan diebut titik tripel Suhu yang dipilih dinamakan suhu tetap. Dalam termometri modern hanya terdapat satu titik tetap standar, yaitu titik tripel air. Perbandngan antara dua suhu kita definisikan sebagai sama dengan perbandingan antara dua harga skala suhu (X) yang bersesuaian. Jadi, bila sebuah termometer yang sifat termometriknya X disetimbangtermalkan dengan suatu sistem dan menunjukkan suatu harga X, dan disetimbangtermalkan dengan sistem lain dan menunjukkan harga X3, maka T (X ) X = dituliskan: T (X 3 ) X 3 Pada titik tripel air T(X3) = 273,17oK. Empat macam termometer gas adalah sebuah termometer konstan tembaga, termometer tahanan platina, dan dua termometer gas hydrogen (salah satunya pada tekanan tinggi dan yang lainnya pada tekanan rendah). Semua termometer gas pada suhu yang sama mendekati pembacaan yang sama apabila tekanan gasnya mendekati nol. T gas kita definisikan berdasarkan persamaan T = 273,16 o K[ ] lim pp p3 03Vol .konstPersamaan ini adalah kaidah untuk mengukur suhu yang disebut di dalamnya. Skala suhu masi tetap bergantung pada sifat gas secara umum. Suhu paling rendah yang dapat diukur termometer gas kira-kira 1oK, tetapi gas yang dipakai haruslah helium tekenan rendah. Suhu T = 0 masih belum didefinisikan.skala gas dan skala Kelvin adalah identik. Apabila dalam mekanika statistik suhu perlu dihubungkan dengan aktivitas molekul, mekanika statistic klasik haruslah dimodifikasi dengan bantuan mekanika kuantum. Bila modifikasi ini dilakukan, molekul zat pada nol mutlak mempunyai suatu jumlah energi kinetik yang terbatas yang disebut energi titik nol. 4. Skala Celcius, Rankine, dan Fahrenheit Skala suhu Celcius besar derajatnya sama seperti derajat skala Kelvin. Tapi titik nolnya dialihkan sehingga suhu Celcius titik tripel air adalah 0,01oC. sehingga: t = T 273o K Terdapat dua skala lain, yaitu Rankine dan Fahrenheit. Pada suhu Rankine t F = T 459,67 o R . Suhu Fahrenheit t F = t + 32 o F titik es (t = 0oC) sama dengan()32oF dan titik uap (t = 100oC) sama dengan 212oF. dengan menggunakan titik-titik tetap dasar ini, termometer lainnya dapat dikalibrasikan.5. Pemuaian Zat Padat dan Zat Cair Dengan beberapa pengecualian, volum tiap benda akan bertambah dengan naiknya suhu jika tekanan luar terhadapnya tetap konstan. Umpamakan perubahan volum dV, perubahan suhu dT (atau dt, karena skala derajat Kelvin dan Celcius merupakan selang suhu yang sama harganya). Koefisien volum didefinisikan sebagai perubahan fraksional volum dV/V dibagi perubahan suhu dT, atau: 1 dV 1 dV = = V dT V dt (pada tekanan konstan) Satuan adalah 1 per derajat atau 1 derajat -1. Karena skala derajat Kelvin dan 9 Celcius adalah 5 kali skala Fahrenheit. Koefisien muai volum dihitung berdasarkan persamaan: V = .VO T = .VO t Dimana Vo adalah volum asal. Harga untuk zat cair jauh lebih besar daripada harga untuk zat padat. Koefisien muai volum antara 0oC dan 4oC adalah negatif. Koefisien muai panjang , L adalah panjangnya, maka: 1 dL 1 dL = = L dT L dt dan untuk perubahan suhu yang sedangan: L = LO T = LO t Sehingga = 3. 6. Tegangan Termal Bila suatu benda dipasang sedemikian rupa sehingga tidak mungkin memuai atau penyusutan, timbullah di dalamnya tegangan akibat kompresi,, disebut tegangan termal. Sedemikian besarnya tegangan tersebut hingga dapat mengakibatkan putusnya benda tersebut. Untuk menghitung besar tegangan termal yang timbul dalam batang yang ujung-ujungnya tidak bebas memuai dan menyusut dapat menggunakan persamaan: L = ( t t O ) = t lO Perubahan fraksional panjang berdasarkan modulus Young F/A L Y= F = AY L / LO , LO . Dari dua persamaan tersebut kita peroleh: F = AY t yang menyatakan tegangan (tension) F di dalam batang itu. Tegangan di dalam batang adalah F = Y t ATUGAS RESUME SUHU DAN PEMUAIANDISUSUN OLEH :MEI ARUM SARI H0909047