Suhu

Daftar isi

1. Tujuan Pembelajaran
2. Suhu
   1. Termometer
   2. Skala Suhu
3. Kalor
   1. Kalor jenis dan kapasitas kalor
   2. Perubahan wujud zat
   3. Azas black

Tujuan Pembelajaran

Setelah kegiatan pembelajaran 1 ini, diharapkan peserta didik dapat: 

1. mengkonversi suhu dari skala yang satu ke skala termometer yang lain; 
2. menganalisis perubahan suhu pada suatu benda terhadap kalor pada benda tersebut; dan 
3. menganalisis jumlah kalor yang diterima dan jumlah kalor yng dilepas pada suatu benda memiliki besar yang sama. 

Suhu

Salah satu langkah antisipasi pencegahan terinfeksi virus corona adalah memeriksa suhu tubuh seperti terlihat pada gambar.  Maka dari itu, di sejumlah tempat umum seperti pusat perbelanjaan hingga bandara selalu menerapkan pengecekan suhu tubuh. Dari suhu tubuh itulah, seseorang bisa mengetahui kondisi tubuhnya sedang sehat atau tidak. Upaya ini merupakan salah satu cara pencegahan penularan covid -19. Sehingga dapat kita simpulkan betapa pentingnya suhu dalam kehidupan kita sehari hari.  

Suhu merupakan derajat panas atau dingin yang dirasakan indera. Alat yang biasa digunakan untuk pengukur suhu dinamakan termometer.  

Termometer

Termometer merupakan alat yang  sederhana dengan fungsi yang besar.  Ada bermacam macam termometer mulai dari yang analog sampai yang digital, mulai dari yang menggunakan air raksa sampai yang menggunakan infra merah. 

Skala Suhu

Terdapat 4 skala suhu  yang digunakan pada termometer dintaranya Celcius (${\displaystyle °C}$), Reamur (${\displaystyle ° R }$), Fahrenheit (${\displaystyle ° F }$), dan Kelvin (${\displaystyle K}$) 

No	Termometer	Titik Bawah	Titik Atas	Jumlah Skala
1	Celcius	${\displaystyle 0°C}$	${\displaystyle \mathrm{100}°C}$	${\displaystyle \mathrm{100}}$
2	Reamur	${\displaystyle 0°R}$	${\displaystyle \mathrm{80}°R}$	${\displaystyle \mathrm{80}}$
3	Fahrenheit	${\displaystyle \mathrm{32}°F}$	${\displaystyle \mathrm{212}°F}$	${\displaystyle \mathrm{180}}$
4	Kelvin	${\displaystyle \mathrm{273}K}$	${\displaystyle \mathrm{373}K}$	${\displaystyle \mathrm{100}}$

Konversi antara 4 skala tersebut ditunjukkan oleh tabel berikut :  

	Celcius	Reamur	Fahrenheit	Kelvin
Celcius		${\displaystyle R=\frac{4}{5}C}$	${\displaystyle F=\frac{9}{5}C+32}$	${\displaystyle K=C+273}$
Reamur	${\displaystyle C=\frac{5}{4}R}$		${\displaystyle F=\frac{9}{4}R+32}$	${\displaystyle K=\frac{5}{4}R+273}$
Fahrenheit	${\displaystyle C=\frac{5}{9}(F-32)}$	${\displaystyle R=\frac{4}{9}(F-32)}$		${\displaystyle K=\frac{5}{9}(F-32)+273}$
Kelvin	${\displaystyle C=K-273}$	${\displaystyle R=\frac{4}{5}(K-273)}$	${\displaystyle F=\frac{9}{5}(K-273)+32}$

Skala Celcius dan Fahrenheit banyak kita temukan di kehidupan sehari hari, sedangkan skala suhu yang ditetapkan sebagai Satuan Internasional adalah Kelvin. Berikut gambaran mengkonversi suhu pada 2 termometer yang berbeda secara umum dituliskan: 

Contoh soal 

Suhu udara dalam suatu ruangan  ${\displaystyle \mathrm{95}°F}$. Nyatakan suhu tersebut dalam Kelvin!

Jawab 

Konversi Fahrenheit ke kelvin 

${\displaystyle K=\frac{5}{9}(F-32)+273}$
${\displaystyle K=\frac{5}{9}(95-32)+273}$
${\displaystyle K=35+273}$
${\displaystyle K=308K}$

Kalor

Pengaruh Kalor pada zat

Gambar diatas menunjukkan air yang sedang dipanaskan hingga mendidih. Saat air dipanaskan ada proses transfer energi dari satu zat ke zat lainnya yang disertai dengan perubahan suhu atau yang di sebut dengan kalor. Kalor yang diterima air ini digunakan untuk menaikkan suhunya sampai mencapai titik didih bahkan untuk merubah wujud dari cair menjadi gas.

Kalor jenis dan kapasitas kalor

Kalor jenis suatu benda didefinisika sebagai jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 kg suatu zat sebesar 1 K. Kalor jenis ini menunjukkan kemampuan suatu benda untuk menyerap kalor. Semakin besar kalor jenis suatu benda, semakin besar pula kemampuan benda tersebut dalam menyerap kalor. 

Secara matematis${\displaystyle c=\frac{Q}{m.\Delta T}}$

atau ${\displaystyle Q=mc\Delta T}$

dengan 

${\displaystyle c=}$ kalor jenis suatu zat ${\displaystyle \left(Jk{g}^{-1}°C^{-1}\right)}$
${\displaystyle m=}$ massa zat ${\displaystyle \left(kg\right)}$ 

${\displaystyle \Delta T=}$ perubahan suhu ${\displaystyle \left(K\right)}$ 

${\displaystyle Q=}$ banyak kalor yang diterima atau dilepas ${\displaystyle \left(J\right)}$

Tabel Kalor Jenis Beberapa Zat

Zat	Kalor Jenis ${\displaystyle (Jkg°C)}$	Zat	Kalor Jenis ${\displaystyle (Jkg°C)}$
Air	4200	Besi	460
Alkohol	2400	Tembaga	390
Minyak Tanah	220	Kuningan	380
Air Raksa	140	Perak	230
Es	2500	Emas	130
Alumunium	900	Timbal	130
Kaca	670	Udara	1000

Kapasitas kalor suatu benda adalah jumlah kalor yang diperlukan atau dilepaskan jika suhu benda tersebut dinaikkan atau diturunkan ${\displaystyle 1K}$ atau ${\displaystyle 1°C}$.

Secara matematis dapat dirumuskan sebagai berikut: 

${\displaystyle C=\frac{Q}{\Delta T}}$ atau ${\displaystyle C=m.c}$ 

Dengan 

${\displaystyle C=}$ kapasitas kalor  ${\displaystyle \left(J{K}^{-1}\right)}$

Contoh Soal 

Air sebanyak ${\displaystyle 3kg}$ bersuhu ${\displaystyle 10°C}$ dipanaskan hingga bersuhu ${\displaystyle 35°C}$ . Jika kalor jenis ${\displaystyle 4.186Jk{g}^{-1}°C^{-1}}$, tentukan kalor yang diserap air tersebut!

Diketahui :
${\displaystyle m=3kg}$

${\displaystyle \Delta T=35-10=25°C}$

${\displaystyle c=4.186Jk{g}^{-1}°C^{-1}}$

Ditanyakan 

${\displaystyle Q=}$ ..? 

Jawab 

${\displaystyle Q=mc\Delta T}$

${\displaystyle Q=3.4186.25}$

${\displaystyle Q=313.950}$

Perubahan wujud zat

Kalor yang diterima atau dilepaskan suatu zat dapat mengakibatkan pada perubahan wujud suatu zat. Penerimaan kalor akan meningkatkan suhu dan dapat mengubah wujud zat dari padat menjadi cair atau cair menjadi gas. Sedangkan pelepasan kalor dapat menurunkan suhu atau merubah wujud dari cair menjadi padat atau gas menjadi cair. 

 

Ketika sedang berubah wujud, walaupun terdapat pelepasan atau penyerapan kalor tetapi tidak digunakan untuk menaikkan atau menurunkan suhu. Kalor ini disebut Kalor laten atau ${\displaystyle L}$. Kalor laten adalah kalor yang dibutuhkan benda untuk mengubah wujudnya per satuan massa. Secara matematis  

${\displaystyle L=\frac{Q}{m}}$

Dengan 

${\displaystyle L=}$ kalor laten ${\displaystyle \left(Jk{g}^{-1}\right)}$

${\displaystyle Q=}$ kalor yang dibutuhkan saat perubahan wujud ${\displaystyle \left(J\right)}$

${\displaystyle m=}$ massa zat ${\displaystyle \left(kg\right)}$

Contoh soal 

Air sebanyak ${\displaystyle 100gr}$  bersuhu ${\displaystyle 70°C}$ disiramkan pada balok es bersuhu ${\displaystyle 0°C}$ hingga semua es melebur. Jika kalor lebur es ${\displaystyle 0,5kkal/kg}$ dan kalor jenis air ${\displaystyle 1kkalk{g}^{-1}°C^{-1}}$, tentukan massa es yang melebur. 

 

Diketahui:

${\displaystyle m_{air}=100g=0,1kg}$

${\displaystyle T_{air}=40°C}$

${\displaystyle c_{air}=1kkalk{g}^{-1}°C^{-1}}$

${\displaystyle L_b=0,5kkalk{g}^{-1}°C^{-1}}$

Ditanyakan: ${\displaystyle m_{es}=}$ ? 

Jawab 

Dalam kasus ini, air melepaskan kalor dan es menerima kalor, Suhu air sama dengan suhu es yakni ${\displaystyle 0°C}$.
${\displaystyle Q_{air}=Q_{es}}$
${\displaystyle m_{air}{c}_{air}\Delta T=m_{es}{L}_b}$

${\displaystyle 0,1\times 1\times (40–0)=m_{es}\times 0,5}$

${\displaystyle 0,5m_{es}=4}$
${\displaystyle m_{es}=\frac{4}{0,5}}$

${\displaystyle m_{es}=8kg}$

Azas black

Asas Black adalah suatu prinsip dalam termodinamika yang dikemukakan oleh Joseph Black. Bunyi Asas Black adalah sebagai berikut: “Pada pencampuran dua zat, banyaknya kalor yang dilepas zat yang suhunya lebih tinggi sama dengan banyaknya kalor yang diterima zat yang suhunya lebih rendah”. 

Energi selalu  kekal sehingga benda yang memiliki temperatur lebih tinggi akan melepaskan energi sebesar ${\displaystyle Q_{\text{L}}}$ dan benda yang memiliki temperatur lebih rendah akan menerima energi sebesar ${\displaystyle Q_{\text{T}}}$ dengan besar yang sama. 

Secara matematis, pernyataan tersebut dapat ditulis sebagai berikut. 

${\displaystyle Q_{\text{Lepas}}=Q_{\text{Terima}}}$

Keterangan: 

${\displaystyle Q_{\text{Lepas}}=}$ jumlah kalor yang dilepaskan oleh zat ${\displaystyle \left(\text{Joule}\right)}$

${\displaystyle Q_{\text{Terima}}=}$ jumlah kalor yang diterima oleh zat ${\displaystyle \left(\text{Joule}\right)}$

Besarnya kalor dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 

${\displaystyle Q=mc\Delta T}$

Ketika menggunakan persamaan ini, perlu diingat bahwa temperatur naik berarti zat menerima kalor, dan temperatur turun berarti zat melepaskan kalor, maka 

${\displaystyle Q_{\text{Lepas}}=Q_{\text{Terima}}}$

${\displaystyle m_1{c}_1∆T_1=m_2{c}_2∆T_2}$

dengan ${\displaystyle ∆T1=T–T_{\text{akhir}}}$ dan ${\displaystyle ∆T1=T_{\text{akhir}}-T}$ sehingga

${\displaystyle m_1{c}_1(T_1–T_c)=m_2{c}_2(T_c–T_2)}$

Keterangan: 

${\displaystyle m_1}$ = massa benda 1 yang suhunya tinggi ${\displaystyle \left(kg\right)}$

${\displaystyle m_2}$ = massa benda 2 yang suhunya rendah ${\displaystyle \left(kg\right)}$

${\displaystyle c_1}$ = kalor jenis benda 1 ${\displaystyle (J\text{/}kg°C)}$

${\displaystyle c_2}$ = kalor jenis benda 2 ${\displaystyle (J\text{/}kg°C)}$

${\displaystyle T_1}$ = suhu mula-mula benda 1 (${\displaystyle °C}$ atau ${\displaystyle K}$)

${\displaystyle T_2}$ = suhu mula-mula benda 2 (${\displaystyle °C}$ atau ${\displaystyle K}$) 

${\displaystyle T_{\mathrm{c}}}$ = suhu akhir atau suhu campuran (${\displaystyle °C}$ atau ${\displaystyle K}$) 

Contoh soal 

Air bermassa ${\displaystyle 200gr}$ bersuhu ${\displaystyle 30°C}$ dicampur air mendidih bermassa ${\displaystyle 100gr}$ dan bersuhu ${\displaystyle 90°C}$. (Kalor jenis air = ${\displaystyle 1kal{g}^{-1}°C^{-1}}$). Suhu air campuran pada saat keseimbangan termal adalah…. 

Pembahasan 

Diketahui
${\displaystyle m_1=200gr=0,2kg}$
${\displaystyle m_2=100gr=0,1kg}$
${\displaystyle T_1=30°C}$
${\displaystyle T_2=100°C}$

${\displaystyle c=1kal{g}^{-1}°C^{-1}}$

Ditanyakan 

${\displaystyle T_c=}$ ..? 

Jawab 

${\displaystyle Q_{\text{Lepas}}=Q_{\text{Terima}}}$
${\displaystyle m_2.c.\Delta T=m_1.c.\Delta T}$

${\displaystyle 0,1.(90–T_c)=0,2.(T_c–30)}$

${\displaystyle 45-0,5T_c=T_c-30}$

${\displaystyle 75=1,5T_c}$
${\displaystyle T_c=50°C}$

Rangkuman Latihan Soal