suhu dan panas

Minggu, Januari 06, 2013 Dani Kusuma 0 Comments

Suhu dan Panas
Image

                  Untuk mengetahui besarnya suhu suatu benda, kita memerlukan alat yang disebut termometer. Ada banyak jenis termometer, tetapi termometer yang banyak dipakai adalah termometer batang.  Termometer batang adalah sebuah pipa kapiler (pipa dengan diameter saluran sangat kecil) yang pada bagian bawahnya mempunyai rongga lebih besar daripada saluran kapilernya. Rongga tersebut kemudian diisi dengan cairan yang mudah memuai jika dipanasi, tetapi tidak mudah membasahi dinding saluran kapiler. Cairan yang banyak dipakai adalah raksa dan alkohol.

Gambar .1 Anatomi Termometer Batang
Gambar .1 Anatomi Termometer Batang
       Gambar.2 Skala ditentukan dari penentuan titik tetap termometer
Gambar.2 Skala ditentukan dari penentuan titik tetap termometer
Untuk mengukur suhu suatu benda, sentuhkanlah bagian bawah termometer yang berisikan cairan pada benda itu. Karena mudah memuai, jika suhu benda lebih tinggi daripada suhu termometer semula, volume cairan tersebut akan membesar. Pertambahan volume tersebut ditandai dengan naiknya cairan sepanjang saluran kapiler, begitupun sebaliknya. Proses penskalaan ketinggian kolom cairan biasa disebut sebagai kaliberasi termometer. Skala ini yang biasa dibaca suhu. Titik batas mulai pengukuran batas ketinggian cairan disebut sebagai titik tetap bawah (TTB) termometer. Titik batas bandingan antara titik batas tertinggi dari TTB disebut titik tetap atas (TTA) termometer. Anders Celcius menganjurkan TTB adalah titik ketinggian cairan pengisi cairan ketika termometer dipakai untuk mengukur suhu es yang sedang mencair yang ditandai dengan angka 0. TTA dinyatakan sebagai titik ketinggian kolom cairan pengisi ketika termometer dipakai untuk mengukur suhu air yang sedang mendidih pada tekanan udara luar 1 atm yang ditandai dengan angka 100. Penyekalaan ini kemudian disebut sebagai skala celci
  • Apakah Panas itu ?
“Antoine Laurent Lavoisier (1743-1794), seorang ahli kimia dari Perancis adalah salah satu penggagas teori zat kalorik”
            Pada tahun 1798, seorang sarjana Massachusetts, Count Rumford memublikasikan sebuah tulisan yang berjudul “an Inquiry Concerning the Source of Heat which is Excited by Friction” yang berisi tentang penyangkalan kebenaran teori zat kalorik, karena menurutnya panas dapat dihasilkan oleh usaha mekanik dan tidak selalu diakibatkan oleh perbedaan suhu dua zat. Heelmholtz  pada tahun 1847 menunjukkan bahwa setiap energi selalu dapat diubah kebentuk energi lain. Pada masa sekarangpendapat Rumford banyak diterima oleh para ilmuwan, yaitu panas sesungguhnya adalah energi yang dipindahkan akibat perbedaan suhu pada dua benda. Inilah perbedaan suhu dan panas. Suhu menyatakan ukuran energi atom-atom dalam zat, sedangkan panas menyatakan banyaknya energi yang dipindahkan agar energi kinetik atom-atom kedua benda yang bersentuhan dapat disamakan.
  • Konduksi Panas
    Gambar.3 besi merupakan bahan penghantar panass yang baik
    Gambar.3 besi merupakan bahan penghantar panass yang baik
Konduktor adalah bahan yang sangat mudah menghantarkan panas (contoh: Logam). Isolator adalah bahan yang cukup sulit menghantarkan panas. Sifat kemudahan bahan dalam menghantarkan panas secara konduksi dinyatakan dalam suatu besaran yang disebut konduktivitas termal bahan (dilambangkan dengan simbol k dengan satuan W m-1K-1. Makin besar harga k, makin mudah bahan dalam menghantarkan panas.
 
  • Konveksi Panas
Konveksi adalah cairan yang berpindah akibat adanya perbedaan suhu. Konveksi terjadi diakibatkan adanya ekspansi termal dan konduksi. Teori matematis untuk menyatakan persamaaan kecepatan aliran kalor pada proses konveksi panas kalor ditentukan oleh banyak hal berikut:
Gambar.4 Konveksi panas dalam air menyebabkan air yang lebih panas naik ke atas dan air yang lebih dingin dipermukaan turun ke bawah

Gambar.4 Konveksi panas dalam air menyebabkan air yang lebih panas naik ke atas dan air yang lebih dingin dipermukaan turun ke bawah
ü  Bentuk permukaan benda yang panasnya diserap oleh zat alirü  Posisi benda yang diserap panasnya oleh zat alir
ü  Jenis zat alir yang dipakai
  • Radiasi Panas
Panas (kalor) dari matahari sampai ke bumi melalui gelombang elektromagnetik yang disebut radiasi yang hanya dapat berlangsung dalam ruang hampa. Radiasi yang dipancarkan oleh sebuah benda akibat suhunya disebut radiasi panas (radiasi thermal). Pengukuran eksperimental laju radiasi kalor pernah dilakukan oleh John Tyndell (1820-1893). Berdasarkan pada percobaan itu, pada tahun 1877, Josef Stefen (1835-1893) mengambil kesimpulan bahwa laju radiasi kalor bergantung pada permukaan total A dan suhu Kelvin T.
  • Asas Black
Asas Black adalah suatu prinsip dalam termodinamika yang dikemukakan oleh Joseph Black. Asas ini menjabarkan:
ü  Jika dua buah benda yang berbeda yang suhunya dicampurkan, benda yang panas memberi kalor pada benda yang dingin sehingga suhu akhirnya sama
ü  Jumlah kalor yang diserap benda dingin sama dengan jumlah kalor yang dilepas benda panas
ü  Benda yang didinginkan melepas kalor yang sama besar dengan kalor yang diserap bila dipanaskan
“Pada pencampuran dua zat, banyaknya kalor yang dilepas zat yang suhunya lebih tinggi sama dengan banyaknya kalor yang diterima zat yang suhunya lebih rendah”
Rumus Asas Black
Secara umum rumus Asas Black adalah:
Keterangan:
Qlepas: jumlah kalor yang dilepas oleh zat
Qterima : jumlah kalor yang diterima oleh zat.
M1 = Massa benda yang mempunyai tingkat temperatur lebih tinggi 1 (kg)
C1 = Kalor jenis benda yang mempunyai tingkat temperatur lebih tinggi 1 (J/kg 0C)
T1 = Temperatur benda yang mempunyai tingkat temperatur lebih tinggi (sebelum bersinggungan) (0C)
Ta = Temperatur akhir pencampuran kedua benda
M2 = Massa benda yang mempunyai tingkat temperatur lebih rendah 2 (kg)
C2 = Kalor jenis benda yang mempunyai tingkat temperatur lebih rendah 2 (J/kg 0C)
T2 = Temperatur benda yang mempunyai tingkat temperatur lebih rendah (sebelum bersinggungan) (0C)
  • Pemuaian Zat Padat, Zat Cair, dan Gas
Pemuaian terjadi ketika zat dipanaskan (menerima kalor), partikel-partikel zat bergetar lebih cepat sehingga saling menjauh dan benda memuai. Sebaliknya, ketika zat didinginkan (melepas kalor) partikel-partikel zat bergetar lebih lemah sehingga saling mendekati dan benda menyusut.
Muai panjang berbagai zat padat diselidiki dengan alat Musschenbrock. Dengan alat ini ditemukan bahwa muai panjang zat padat bergantung pada tiga faktor:
  1. panjang awal (lo) : makin besar panjang awal, maka makin besar muai panjang
  2. kenaikan suhu (DT): makin besar kenaikan suhu, maka makin besar muai panjang
  3. jenis bahan.
1)        Pemuaian Zat Padat
ü  Muai Panjang
Pemuaian zat terjadi ke segala arah, sehingga panjang, luas, dan ukuran volume zat akan bertambah. Untuk zat padat yang bentuknya
Gambar.5 Musschenbroek adalah alat untuk menyelidiki muai panjang zat

Gambar.5 Musschenbroek adalah alat untuk menyelidiki muai panjang zat
memanjang dan berdiameter kecil, sehingga panjang benda jauh lebih besar daripada diameter benda seperti kawat, pertambahan luas dan volume akibat pemuaian dapat diabaikan. Dengan demikian, hanya pertambahan ukuran panjang yang diperhatikan. Pemuaian yang hanya berpengaruh secara nyata pada pertambahan panjang zat disebut muai panjang. Salah satu alat yang digunakan untuk menyelidiki muai panjang zat padat adalah Musschenbroek.
Alat ini mengukur muai panjang zat berbentuk batang. Salah satu ujung batang ditempatkan pada posisi tetap, sehingga ujung yang lain dapat bergerak bebas, ujung yang bebas akan mendorong sebuah jarum yang menunjuk ke skala saat memuai. Besar pemuaian dapat dilihat dari skala yag ditunjuk jarum. Makin besar pemuaian, maka makin besar perputaran jarum pada skala.
Pertambahan panjang suatu zat secara fisis:
1. Berbanding lurus dengan panjang mula-mula
2. Berbanding lurus dengan perubahan suhu
3. Bergantung dari jenis zat
Pertambahan panjang suatu zat secara matematis dapat dituliskan:

Keterangan:
Δl= pertambahan panjang, dalam satuan meter
                                         lο= panjang mula-mula, dalam satuan meter
                                         α= koefisien muai panjang, dalam satuan /°C
                                        ΔT= perubahan suhu, dalam satuan °C
Pertambahan panjang setiap zat berbeda-beda bergantung pada koefisien zat. Pertambahan panjang zat padat untuk kenaikan 1°C pada zat sepanjang 1 m disebut koefisien muai panjang (α)
Gambar.5 Musschenbroek adalah alat untuk menyelidiki muai panjang zat

Gambar.5 Musschenbroek adalah alat untuk menyelidiki muai panjang zat
Pemuaian yang terjadi pada zat padat dapat berupa muai panjang, muai luas, atau muai volume. Pemuaian juga bergantung dari jenis bahannya (zat). Koefisien muai panjang aluminium jauh lebih besar daripada tembaga maupun besi sehingga pertambahan panjang yang terbesar terjadi pada aluminium (Al), tembaga (Cu), kemudian besi (Fe).
Itu artinya koefisien muai panjang  αAl >  αCu >  Fe.α
ü  Muai Luas
Pada logam yang berbentuk lempengan tipis (berupa segiempat, segitiga, atau lingkaran), ukuran volume dapat diabaikan. Ketika lempengan tersebut mendapat pemanasan, maka dapat diamati hanya pemuaian luasnya saja. Dengan kata lain, zat padat tersebut mengalami muai luas.
Pertambahan luas suatu zat bila dipanaskan akan:
1. Berbanding lurus dengan luas mula-mula
2. Berbanding lurus dengan perubahan suhu
3. Bergantung dari jenis zat
Pertambahan luas yang terjadi apabila benda menerima panas, secara matematis dapat dituliskan:

Keterangan:
ΔA= pertambahan luas, dalam satuan meter persegi (m2)
                                                   A0= luas mula-mula, dalam satuan meter persegi (m2)
                                                   β= 2.= koefisien muai luas, dalam satuan /°C
                                                  ΔT= perubahan suhu, dalam satuan °C
ü  Muai Volume
Jika benda yang kita panaskan berbentuk balok, kubus, atau berbentuk benda pejal lainnya, muai volumlah yang harus kita perhatikan (paling dominan).
Pertambahan volume suatu zat yang dipanaskan, secara fisis:
1. Berbanding lurus dengan volume mula-mula zat
2. Berbanding lurus dengan perubahan suhu zat
3. Bergantung dari jenis bahan
Pertambahan volume zat yang terjadi akibat panas, secara matematis dapat dituliskan:

Keterangan:
ΔV= pertambahan volume, dalam satuan m3
                                                  V0= volume mula-mula, dalam satuan m3
                                                  r= 3.= koefisien muai volume, dalam satuan /°C
                                                 ΔT= perubahan suhu, dalam satuan °C
2)        Pemuaian Zat Cair
Pada zat cair hanya dikenal ukuran volume, karena itu pada zat cair hanya dikenal muai volume. Makin tinggi kenaikan suhu, makin besar penambahan volume zat cair. Pemuaian zat cair yang satu dengan yang lain umumnya berbeda, meskipun volume zat cair mula-mula sama. Untuk seluruh zat cair pemuaian makin besar jika kenaikan suhu bertambah besar. Pemuaian zat cair dapat dimanfaatkan dalam penggunaan termometer zat cair, biasanya zat cair yang digunakan adalah raksa atau alkohol. Sifat naik atau turunnya zat cair dalam pipa kapiler sebagai akibat pemuaian zat cair inilah yang digunakan untuk mengukur suhu. Permukaan zat cair naik sepanjang pipa kapiler dan berhenti pada posisi tertentu yang sesuai dengan suhu benda. Suhu yang terukur dinyatakan oleh skala yang berimpit dengan permukaan zat cair pada pipa kapiler tersebut. Pemuaian yang terjadi pada zat cair adalah muai volume. Air yang keluar dari bejana merupakan indikasi perbedaan pemuaian yang berbeda antara zat padat dan zat cair. Air yang tertumpah dari bejana menandakan pemuaian zat cair yang lebih besar dari muai zat padat, dalam hal ini adalah bejananya.
Tabel 4 Koefisien Muai Volume Zat Cair
Tabel 4 Koefisien Muai Volume Zat Cair
3)        Pemuaian Gas
Gas mengalami pemuaian ketika suhunya bertambah dan mengalami penyusutan jika suhunya turun. Pada gas tidak dikenal muai panjang dan muai luas, yang ada hanyalah muai volume gas. Dari penelitian yang dilakukan menunjukkan bahwa koefisien muai volume semua gas sama yaitu : 0,00367 /K.
  • Penerapan Sifat Pemuaian Zat
Zat-zat tertentu mempunyai koefisien muai yang besar, akibatnya, benda yang terbuat dari zat tersebut akan bertambah ukurannya secara mencolok saat udara panas atau suhu benda tinggi, sebaliknya benda tersebut akan menyusut jika udara dingin. Efek pemuaian zat harus diperhitungkan pada konstruksi jembatan, bangunan, atau peralatan rumahtangga lainnya. Berikut ini adalah beberapa manfaat pemuaian.
Pengelingan
Pengelingan adalah penyambungan dua plat logam dengan menggunakan paku keling. Kedua plat yang akan disambung. Paku keling yang sudah dipanaskan hingga membara kemudian digunakan untuk menyambung, setelah itu  dipukul hingga rata. Pada saat dingin kembali, paku menyusut dan kedua plat dapat tersambung erat.
Gambar.6 Pengelingan logam jaman dahulu banyak digunakan pada pembuatan roda pedati.
Gambar.6 Pengelingan logam jaman dahulu banyak digunakan pada pembuatan roda pedati.

Sumber :

Lorem ipsum dolor sit amet, cotur acing elit. Ut euis eget dolor sit amet congue. Ut vira codo matis. Sed lacia luctus magna ut sodales lorem.

You Might Also Like

0 komentar:

Langganan: Posting Komentar (Atom)