Materi Pokok Suhu dan Perubahannya Tingkat SMP

1. Bagaimana Mengetahui Suhu Benda?

1.a. Jenis-jenis Termometer

1.a.1. Termometer Zat Cair

Secara umum, benda-benda di alam akan memuai (ukurannya bertambah besar) jika suhunya naik. Kenyataan ini dimanfaatkan untuk membuat termometer dari zat cair. Perhatikan Gambar 2.1. Cairan terletak pada tabung kapiler dari kaca yang memiliki bagian penyimpan (reservoir/ labu).

kemendikbud

Zat cair yang digunakan umumnya raksa atau alkohol jenis tertentu. Raksa memiliki keistimewaan, yaitu warnanya mengkilat dan cepat bereaksi terhadap perubahan suhu. Selain itu, raksa membeku pada suhu rendah (-38oC) dan mendidih pada suhu yang tinggi (lebih dari 350oC) sehingga dapat mengukur suhu pada rentang suhu yang lebar. Namun, raksa sangat beracun, sehingga berbahaya jika termometer pecah. 

Alkohol untuk pengisi termometer biasanya diberi pewarna biru atau merah. Rentang suhu yang dapat diukur bergantung jenis alkohol yang digunakan, contohnya: Toluen, dengan rentang suhu -90oC hingga 100oC dan Ethyl alcohol, dengan rentang suhu -110oC hingga 100oC. Alkohol tidak seberbahaya raksa dan mudah menguap, sehingga lebih aman digunakan sebagai pengisi termometer. Terdapat dua jenis termometer zat cair, diantaranya:

1.a.1.a. Termometer Laboratorium

Bentuknya panjang dengan skala dari -10°C sampai 110°C menggunakan raksa, atau alkohol seperti ditunjukkan pada gambar 2.1.

ilustrasi

1.a.1.b. Termometer Suhu Badan

Termometer ini digunakan untuk mengukur suhu badan manusia. Skala yang ditulis 35oC dan 42oC. Pipa di dekat labu dibuat sempit sehingga pengukuran lebih teliti, hal ini karena raksa tidak segera turun ke labu/reservoir (Gambar 2.3).

ilustrasi

1.a.2. Termometer Bimetal

dua logam yang jenisnya berbeda dan dilekatkan menjadi satu seperti pada Gambar 2.4.

ilustrasi

Jika suhunya berubah, bimetal akan melengkung. Mengapa? Karena logam yang satu memuai lebih panjang dibanding yang lain. Hal ini dimanfaatkan untuk membuat termometer (Gambar 2.5).

ilustrasi

1.a.3. Termometer Cristal Cair

Terdapat kristal cair yang warnanya dapat berubah jika suhu berubah. Kristal ini dikemas dalam plastik tipis, untuk mengukur suhu tubuh, suhu akuarium, dan sebagainya (Gambar 2.6).

ilustrasi

1.b. Skala Suhu

Berapa suhu tubuh manusia sehat? Ya, kamu akan menjawab 37  C. Huruf °C kependekan dari Celcius, salah satu contoh satuan suhu atau skala suhu. Saat ini, dikenal beberapa skala suhu, misalnya Celcius, Fahrenheit, Reamur, dan Kelvin. Kelvin merupakan skala suhu dalam SI. Skala Kelvin menggunakan nol mutlak, tidak menggunakan “derajat”. Pada suhu nol Kelvin, tidak ada energi panas yang dimiliki benda. Perbedaan antara skala itu adalah angka pada titik tetap bawah dan titik tetap atas pada skala termometer tersebut.

kemendikbud

kemendikbud

kemendikbud

2. Perubahan Akibat Suhu

Apa yang terjadi pada benda jika suhunya berubah? Salah satu perubahan yang terjadi pada benda adalah ukuran benda itu berubah. Jika suhu benda naik, secara umum ukuran benda bertambah. Peristiwa ini disebut pemuaian.

2.a. Pemuaian Zaat Padat

Zat padat dapat mengalami pemuaian. Gejala ini memang sulit untuk diamati secara langsung, tetapi seringkali kamu dapat melihat pengaruhnya. Misalnya, saat kamu menuangkan air panas ke dalam gelas, tiba-tiba gelas itu retak. Retaknya gelas ini karena terjadinya pemuaian yang tidak merata pada gelas itu. Kamu akan pelajari lebih dalam tentang pemuaian pada zat padat.

2.a.1. Pemuaian Panjang Zat Padat

Pada  umumnya,  benda  atau  zat  padat  akan  memuai  atau  mengembang jika dipanaskan dan menyusut jika didinginkan. Pemuaian dan penyusutan itu terjadi pada semua bagian benda, yaitu panjang, lebar, dan tebal benda tersebut. Jika benda padat dipanaskan, suhunya akan naik. Pada suhu yang tinggi, atom dan molekul penyusun logam tersebut akan bergetar lebih cepat dari biasanya sehingga logam tersebut akan memuai ke segala arah.

Para perancang bangunan, jembatan, dan jalan raya harus memperhatikan sifat pemuaian dan penyusutan bahan karena perubahan suhu. Jembatan umumnya dibuat dari besi baja yang saling disambungkan satu dengan lainnya. Untuk itu, agar sambungan besi baja tidak melengkung karena memuai akibat terik panas matahari atau menyusut di malam hari, sambungan-sambungan besi baja tidak boleh dipasang saling rapat satu dengan lainnya. Harus ada rongga yang cukup di antara sambungan-sambungan itu.

Bimetal dibuat berdasarkan sifat pemuaian zat padat. Bimetal antara lain dimanfaatkan pada termostat. Prinsip kerja termostat sebagai berikut. Jika udara di ruangan dingin, keping bimetal pada Gambar 2.7 akan menyusut, membengkok ke kiri, dan menyentuh logam biasa sehingga kedua ujungnya saling bersentuhan. Sentuhan antara kedua ujung logam itu menjadikan rangkaian tertutup dan menyalakan pemanas sehingga ruangan menjadi hangat. Jika untuk mengontrol ruangan berpendingin, cara kerjanya serupa. Saat ruangan mulai panas, termostat bengkok dan menghubungkan rangkaian listrik sehingga pendingin kembali bekerja.

img-20200620-105521-5eeda40ad541df09ad1e8b64.jpg

Besaran yang menentukan pemuaian panjang zat padat adalah koefisien muai panjang. Koefisien muai panjang suatu zat padat adalah bilangan yang menunjukkan pertambahan panjang tiap satu satuan panjang zat itu jika suhunya dinaikkan 1 oC .  Sebagai contoh, jika muai panjang kaca 9 x 10-6/oC berarti jika 1 meter kaca suhunya  bertambah 1oC maka panjangnya bertambah 0,000009 meter. Tabel 2.1 menunjukkan koefisien muai panjang beberapa bahan.

kemendikbud

kemendikbud

2.a.2. Pemuaian Luas dan Volume Zat Padat

Jika suatu benda berbentuk lempengan dipanaskan, pemuaian terjadi pada kedua arah sisi-sisinya. Pemuaian semacam ini disebut pemuaian luas. Pemasangan pelat-pelat logam selalu memperhatikan terjadinya pemuaian luas. Pemuaian luas memiliki koefisien muai sebesar dua kali koefisien muai panjang. Berdasarkan data dalam Tabel 2.1, maka lempengan baja memiliki koefisien muai luas sebesar 0,000022/oC.

kemendikbud

Bagaimanakah pemuaian yang dialami oleh kelereng dan balok besi jika kedua benda tersebut dipanaskan? Benda-benda yang berdimensi tiga (memiliki panjang, lebar, dan tinggi) akan mengalami muai ruang jika dipanaskan. Pemuaian ruang atau pemuaian volume memiliki koefisien muai tiga kali koefisien muai panjang. Balok baja jika dipanaskan akan memuai dengan koefisien muai sebesar 0,000033/oC.

kemendikbud

Pernahkah kamu menjumpai daun pintu tidak dapat ditutupkan pada bingkai pintunya? Kaca jendela tidak dapat masuk ke dalam bingkainya? Hal itu terjadi karena pemasangan daun pintu dan kaca jendela terlalu rapat dengan bingkainya sehingga ketika terjadi pemuaian atau penyusutan tidak tersedia lagi rongga yang cukup.

2.b. Pemuaian Zat Cair dan Gas

Sebagaimana zat padat, zat cair juga memuai jika dipanaskan. Bahkan, pemuaian zat cair relatif lebih mudah atau lebih cepat teramati dibandingkan dengan pemuaian zat padat. Gas juga memuai jika dipanaskan. Sifat pemuaian gas harus diperhatikan dalam kehidupan sehari-hari, misalnya ketika memompa ban sepeda jangan terlalu keras, seharusnya sesuai ukuran. Perlu diketahui botol kemasan sirop, kecap, saos, minyak goreng, tidak pernah diisi penuh agar tidak tumpah jika memuai.

.

.

.

RUMUS KONVERSI SUHU

kemendikbud

img-20200620-110108-5eeda73d097f367aae6651c3.jpg

kemendikbud

Sumber: Widodo, Wahono, dkk. 2017. Buku Pendamping Ilmu Pengetahuan Alam Kelas VII. Cetakan Ke-4, 2017 (Edisi Revisi). Jakarta: Pusat Kurikulum dan Perbukuan, Balitbang, Kemendikbud.