Pada bab ini, kita akan mempelajari konsep suhu, termometer dan pemuaian pada zat padat, serta penerapannya dalm kehidupan sehari hari
–
Daftar Isi Bab Ini
- Pengertian Suhu
- Termometer Dan Jenis Jenisnya
- Perbandingan Zat Medium Raksa Dan Alkohol
- Penetapan Skala Pada Termometer
- Skala Celsius
- Skala Fahreinhet
- Skala Reamur
- Skala Kelvin
- Perbandingan Skala Pada Termometer
- Pemuaian (Ekspansi Termal)
- Pemuian Zat Padat
- Penerapan Pemuian Zat Padat Dalam Kehidupan Sehari Hari
Dalam dunia fisika, ada dua konsep penting yang menjadi dasar bagi banyak
fenomena alam yang kita temui sehari-hari: suhu dan kalor. Keduanya memiliki
peran yang tak tergantikan dalam menjelaskan perubahan keadaan materi, sifat
termal suatu benda, dan transfer energi panas dari satu sistem ke sistem
lainnya.
Suhu dan kalor adalah konsep yang berkaitan erat dengan energi dan gerak
partikel. Perbedaan suhu antara dua benda dapat menyebabkan transfer panas,
yang sering kali menjadi penyebab perubahan fasa materi, peristiwa
meteorologi, atau perubahan suhu di lingkungan sekitar kita.
Artikel ini akan membahas secara mendalam tentang definisi, sifat, serta
pengukuran suhu dan kalor, serta bagaimana keduanya berperan dalam berbagai
aspek kehidupan manusia. Sebelum memasuki pembahasan lebih jauh, mari kita
pahami terlebih dahulu pengertian mendasar dari suhu dan kalor, dua konsep
yang saling melengkapi dan mempengaruhi dunia fisika.
Pengertian Suhu
Source: merdeka.com
Suhu adalah ukuran tingkat panas
atau dinginnya suatu benda atau sistem. Lebih tepatnya, suhu menggambarkan
seberapa panasnya partikel-partikel yang membentuk benda
tersebut.
atau dinginnya suatu benda atau sistem. Lebih tepatnya, suhu menggambarkan
seberapa panasnya partikel-partikel yang membentuk benda
tersebut.
Semakin tinggi suhu suatu benda, semakin cepat partikel-partikel di
dalamnya bergerak, sehingga akan memiliki energi kinetik yang lebih tinggi.
Suhu merupakan salah satu sifat termal yang fundamental dan diukur dalam
derajat Celsius (°C), Fahrenheit (°F), atau Kelvin (K). Skala Celsius dan
Fahrenheit digunakan secara luas dalam kehidupan sehari-hari, sementara
Kelvin digunakan lebih sering dalam ilmu fisika dan penelitian
ilmiah.
dalamnya bergerak, sehingga akan memiliki energi kinetik yang lebih tinggi.
Suhu merupakan salah satu sifat termal yang fundamental dan diukur dalam
derajat Celsius (°C), Fahrenheit (°F), atau Kelvin (K). Skala Celsius dan
Fahrenheit digunakan secara luas dalam kehidupan sehari-hari, sementara
Kelvin digunakan lebih sering dalam ilmu fisika dan penelitian
ilmiah.
Dalam skala Kelvin, nol mutlak (0 K) adalah titik terendah yang mungkin
dicapai oleh suatu sistem, di mana partikel-partikel di dalamnya memiliki
energi kinetik paling rendah. Nol mutlak setara dengan -273,15°C atau
-459,67°F. Jadi, skala Kelvin adalah skala absolut di mana tidak ada nilai
negatif karena tidak mungkin ada suhu yang lebih rendah dari nol
mutlak.
dicapai oleh suatu sistem, di mana partikel-partikel di dalamnya memiliki
energi kinetik paling rendah. Nol mutlak setara dengan -273,15°C atau
-459,67°F. Jadi, skala Kelvin adalah skala absolut di mana tidak ada nilai
negatif karena tidak mungkin ada suhu yang lebih rendah dari nol
mutlak.
Perubahan suhu mempengaruhi sifat-sifat fisik materi, seperti volume,
densitas, viskositas, konduktivitas termal, dan lainnya. Suhu juga
mempengaruhi berbagai proses alam, seperti perubahan fase materi (seperti
meleleh dan membeku), reaksi kimia, perubahan cuaca, serta berbagai fenomena
termodinamika lainnya.
densitas, viskositas, konduktivitas termal, dan lainnya. Suhu juga
mempengaruhi berbagai proses alam, seperti perubahan fase materi (seperti
meleleh dan membeku), reaksi kimia, perubahan cuaca, serta berbagai fenomena
termodinamika lainnya.
Dengan pemahaman tentang suhu, kita dapat memahami berbagai aspek perubahan
termal dan bagaimana energi panas berpindah dari suatu sistem ke sistem
lainnya, yang secara luas dikaji dalam konsep termodinamika.
termal dan bagaimana energi panas berpindah dari suatu sistem ke sistem
lainnya, yang secara luas dikaji dalam konsep termodinamika.
Termometer dan jenis Jenisnya
Termometer adalah alat atau instrumen yang digunakan untuk mengukur suhu
suatu benda atau lingkungan. Tujuan utama dari termometer adalah untuk
memberikan informasi tentang tingkat panas atau dinginnya suatu obyek dengan
cara mengukur suhu yang dimilikinya.
suatu benda atau lingkungan. Tujuan utama dari termometer adalah untuk
memberikan informasi tentang tingkat panas atau dinginnya suatu obyek dengan
cara mengukur suhu yang dimilikinya.
Termometer bekerja berdasarkan prinsip ekspansi atau kontraksi bahan yang
sensitif terhadap perubahan suhu. Bahan tersebut biasanya adalah cairan,
gas, atau padatan khusus yang mengalami perubahan dimensi (panjang, volume,
atau tekanan) ketika suhu berubah.
sensitif terhadap perubahan suhu. Bahan tersebut biasanya adalah cairan,
gas, atau padatan khusus yang mengalami perubahan dimensi (panjang, volume,
atau tekanan) ketika suhu berubah.
Perubahan dimensi ini kemudian dapat diukur dan dikonversi menjadi nilai
suhu yang kita kenal.
suhu yang kita kenal.
Beberapa jenis termometer yang umum digunakan diantaranya:
Termometer air raksa (merkuri): Menggunakan ekspansi cairan raksa yang
tertutup dalam tabung kaca sebagai indikator suhu. Meskipun akurat,
termometer merkuri tidak aman untuk lingkungan karena raksa bersifat
beracun.
tertutup dalam tabung kaca sebagai indikator suhu. Meskipun akurat,
termometer merkuri tidak aman untuk lingkungan karena raksa bersifat
beracun.
-
Termometer alkohol: Menggunakan ekspansi cairan alkohol tertutup dalam
tabung kaca. Beberapa termometer alkohol ramah lingkungan dan lebih aman
daripada termometer merkuri. -
Termometer digital: Menggunakan sensor elektronik yang sensitif
terhadap perubahan suhu dan menampilkan nilai suhu dalam bentuk
digital. -
Termometer termokopel: Menggunakan dua logam yang berbeda untuk
mengukur suhu. Ketika dua logam bersentuhan pada titik pengukuran,
mereka menciptakan perbedaan potensial yang berkaitan dengan suhu yang
diukur. -
Termometer inframerah: Menggunakan sinar inframerah untuk mengukur suhu
permukaan obyek tanpa kontak fisik langsung. Cocok untuk mengukur suhu
benda jauh atau sulit dijangkau.
Berikut adalah perbandingan Beberapa termometer:
| Jenis Termometer | Sifat Termometrik | Jangkauan Ukur (°C) |
|---|---|---|
| Air raksa dalam pipa | Volume zat atau panjang kolom | -39 s/d 500 |
| Gas volume konstan | Tekanan Gas | -270 s/d 1500 |
| Hambatan Platina | Hambatan Listrik | -200 s/d 1200 |
| Termokopel | Gaya Gerak Listrik | -250 s/d 1500 |
| Pirometer | Intensitas Cahaya | >1000 |
Dalam kehidupan sehari-hari, termometer sering digunakan untuk memantau
suhu tubuh manusia, mengukur suhu ruangan, mengawasi suhu dalam proses
industri, serta berbagai aplikasi lain yang memerlukan informasi tentang
suhu.
suhu tubuh manusia, mengukur suhu ruangan, mengawasi suhu dalam proses
industri, serta berbagai aplikasi lain yang memerlukan informasi tentang
suhu.
Kemajuan teknologi telah membawa inovasi pada termometer, termasuk
termometer digital yang praktis dan akurat, serta termometer inframerah
tanpa kontak yang semakin populer dalam penggunaan sehari-hari.
termometer digital yang praktis dan akurat, serta termometer inframerah
tanpa kontak yang semakin populer dalam penggunaan sehari-hari.
Perbandingan Zat Medium Raksa Dan Alkohol
Source: kibrispdr.org
Termometer cairan yang umum digunakan sering kali mengandalkan raksa atau
alkohol sebagai medium pengisinya. Kedua zat tersebut memiliki beragam
keunggulan dibandingkan cairan lainnya. Raksa memiliki kelebihan sebagai
berikut:
alkohol sebagai medium pengisinya. Kedua zat tersebut memiliki beragam
keunggulan dibandingkan cairan lainnya. Raksa memiliki kelebihan sebagai
berikut:
-
Tidak membasahi dinding kaca tabung termometer, memungkinkan pengukuran
suhu yang lebih akurat. -
Cepat dalam mengambil panas dari objek yang akan diukur, mempermudah
pencapaian kesetimbangan termal. - Mengalami pemuaian secara teratur.
- Warna yang mengkilat, memudahkan pengamatan.
- Rentang ukur yang lebar, mencakup sekitar 356,9 °C.
Meski demikian, raksa juga memiliki kelemahan, yaitu tidak dapat mengukur suhu
yang rendah dan bersifat sangat beracun. Jika tabung termometer yang
mengandung raksa pecah, dapat menimbulkan bahaya serius.
yang rendah dan bersifat sangat beracun. Jika tabung termometer yang
mengandung raksa pecah, dapat menimbulkan bahaya serius.
Oleh karena itu, seringkali alternatif yang digunakan adalah alkohol sebagai
pengisi tabung termometer. Alkohol memiliki beberapa kelebihan, seperti tidak
beracun dan mampu mengukur suhu yang rendah. Namun, alkohol juga memiliki
beberapa kelemahan:
pengisi tabung termometer. Alkohol memiliki beberapa kelebihan, seperti tidak
beracun dan mampu mengukur suhu yang rendah. Namun, alkohol juga memiliki
beberapa kelemahan:
-
Tidak berwarna, sehingga perlu ditambahkan pewarna agar mudah terlihat
dalam tabung termometer. - Bersifat basah, mengakibatkan hasil pengukuran yang kurang tepat.
- Pemuaian kurang teratur.
-
Titik didih yang rendah (sekitar 78 °C), sehingga tidak cocok untuk
mengukur suhu yang tinggi.
Penetapan Skala Pada Termometer
Source: adwayyash.wordpress.com
Pengukuran suhu dengan menggunakan termometer memerlukan angka-angka dan
skala-skala tertentu sebagai acuan. Penetapan skala ini mencakup titik tetap
bawah dan titik tetap atas yang berperan sebagai patokan dalam pembuatan
termometer. Titik tetap bawah biasanya dipilih sebagai suhu campuran antara es
dan air murni pada tekanan normal, atau disebut juga titik beku air murni.
skala-skala tertentu sebagai acuan. Penetapan skala ini mencakup titik tetap
bawah dan titik tetap atas yang berperan sebagai patokan dalam pembuatan
termometer. Titik tetap bawah biasanya dipilih sebagai suhu campuran antara es
dan air murni pada tekanan normal, atau disebut juga titik beku air murni.
Sedangkan titik tetap atas dipilih sebagai suhu ketika air murni mendidih pada
tekanan normal. Terdapat empat skala termometer yang umum digunakan, yaitu:
Celcius, Reamur, Fahrenheit, dan Kelvin. Skala
tekanan normal. Terdapat empat skala termometer yang umum digunakan, yaitu:
Celcius, Reamur, Fahrenheit, dan Kelvin. Skala
Skala Celsius.
Dalam skala Celcius, suhu 0 derajat Celsius menunjukkan titik beku air, di
mana air berubah dari bentuk cair menjadi es pada tekanan normal. Sedangkan
suhu 100 derajat Celsius menunjukkan titik didih air, di mana air berubah dari
bentuk cair menjadi uap pada tekanan normal.
Skala Celcius mengukur suhu berdasarkan pada dua titik tetap, yaitu titik beku
air murni pada tekanan normal (sekitar 0 derajat Celcius) dan titik didih air
murni pada tekanan normal (sekitar 100 derajat Celcius).
air murni pada tekanan normal (sekitar 0 derajat Celcius) dan titik didih air
murni pada tekanan normal (sekitar 100 derajat Celcius).
Dalam skala Celcius, suhu 0 derajat Celsius menunjukkan titik beku air, di
mana air berubah dari bentuk cair menjadi es pada tekanan normal. Sedangkan
suhu 100 derajat Celsius menunjukkan titik didih air, di mana air berubah dari
bentuk cair menjadi uap pada tekanan normal.
mana air berubah dari bentuk cair menjadi es pada tekanan normal. Sedangkan
suhu 100 derajat Celsius menunjukkan titik didih air, di mana air berubah dari
bentuk cair menjadi uap pada tekanan normal.
Skala Celcius adalah salah satu skala suhu yang paling umum digunakan di
seluruh dunia. Skala ini dinamai dari ilmuwan Swedia bernama Anders Celsius,
yang mengembangkan skala suhu ini pada tahun 1742.
Skala Celcius lebih umum digunakan di sebagian besar negara di dunia, terutama
dalam ilmu pengetahuan, teknologi, dan kehidupan sehari-hari. Namun, perlu
diingat bahwa beberapa negara seperti Amerika Serikat lebih sering menggunakan
skala Fahrenheit untuk mengukur suhu.
dalam ilmu pengetahuan, teknologi, dan kehidupan sehari-hari. Namun, perlu
diingat bahwa beberapa negara seperti Amerika Serikat lebih sering menggunakan
skala Fahrenheit untuk mengukur suhu.
Skala Fahreinhet.
Skala Fahrenheit adalah salah satu sistem pengukuran suhu yang umum digunakan
di beberapa negara, terutama di Amerika Serikat dan beberapa wilayah lainnya.
Skala ini dinamai dari ilmuwan fisika Jerman-Amerika, Daniel Gabriel
Fahrenheit, yang mengembangkan skala ini pada tahun 1724.
di beberapa negara, terutama di Amerika Serikat dan beberapa wilayah lainnya.
Skala ini dinamai dari ilmuwan fisika Jerman-Amerika, Daniel Gabriel
Fahrenheit, yang mengembangkan skala ini pada tahun 1724.
Kenapa angka 32 dipilih sebagai titik pembekuan air murni dalam skala
fahreinhet?
Salah satu teori adalah bahwa angka 32 dipilih karena
Fahrenheit menggunakan campuran air dan garam ammonium klorida sebagai patokan
untuk titik tetap rendah dalam skala termometernya. Dalam campuran ini, rasio
antara massa garam dan massa air memberikan suhu yang konstan pada 32 °F.
Selain itu, teori lain menyebutkan bahwa angka 32 dipilih karena itu adalah
angka yang relatif mudah diukur pada saat itu. Metode untuk mengukur suhu pada
abad ke-18 tidak seakurat saat ini, dan angka 32 mungkin telah dipilih karena
mudah dicapai dan diketahui oleh para pengrajin termometer pada masa itu.
Pada skala Fahrenheit, titik pembekuan air murni ditetapkan pada 32 derajat
Fahrenheit (°F), dan titik didih air murni ditetapkan pada 212 °F pada tekanan
atmosfer standar (760 mmHg atau 1 atm). Dengan demikian, antara titik
pembekuan dan titik didih air, terdapat 180 derajat Fahrenheit.
Fahrenheit (°F), dan titik didih air murni ditetapkan pada 212 °F pada tekanan
atmosfer standar (760 mmHg atau 1 atm). Dengan demikian, antara titik
pembekuan dan titik didih air, terdapat 180 derajat Fahrenheit.
Dengan begitu, skala Fahrenheit memberikan jarak 180 derajat antara titik
pembekuan dan titik didih air pada tekanan atmosfer standar, sementara skala
Celsius memberikan jarak 100 derajat antara titik pembekuan dan titik didih
air pada tekanan atmosfer standar. Skala Fahrenheit masih digunakan di
beberapa negara, tetapi kebanyakan negara di dunia menggunakan skala Celsius
sebagai standar umum untuk pengukuran suhu.
pembekuan dan titik didih air pada tekanan atmosfer standar, sementara skala
Celsius memberikan jarak 100 derajat antara titik pembekuan dan titik didih
air pada tekanan atmosfer standar. Skala Fahrenheit masih digunakan di
beberapa negara, tetapi kebanyakan negara di dunia menggunakan skala Celsius
sebagai standar umum untuk pengukuran suhu.
Skala Reamur.
Skala Réaumur adalah salah satu sistem pengukuran suhu yang dikenal dengan
simbol “°Ré” atau “°Re”. Skala ini dinamai dari seorang ilmuwan Prancis
bernama René Antoine Ferchault de Réaumur, yang mengembangkan skala ini pada
tahun 1730.
simbol “°Ré” atau “°Re”. Skala ini dinamai dari seorang ilmuwan Prancis
bernama René Antoine Ferchault de Réaumur, yang mengembangkan skala ini pada
tahun 1730.
Pada skala Réaumur, titik pembekuan air murni ditetapkan pada 0 derajat
Réaumur (°Ré), sementara titik didih air murni pada tekanan atmosfer standar
(760 mmHg atau 1 atm) ditetapkan pada 80 °Ré. Dengan demikian, antara titik
pembekuan dan titik didih air, terdapat 80 derajat Réaumur.
Réaumur (°Ré), sementara titik didih air murni pada tekanan atmosfer standar
(760 mmHg atau 1 atm) ditetapkan pada 80 °Ré. Dengan demikian, antara titik
pembekuan dan titik didih air, terdapat 80 derajat Réaumur.
Meskipun skala Réaumur pernah digunakan secara luas pada masa lampau, saat
ini skala ini jarang digunakan dalam kehidupan sehari-hari dan telah
digantikan oleh skala Celsius sebagai standar umum untuk mengukur suhu di
kebanyakan negara di dunia.
Skala Kelvin
dinamai sesuai dengan ilmuwan Skotlandia bernama William Thomson, yang lebih
dikenal dengan gelar Lord Kelvin.
Skala ini menggunakan titik nol yang mutlak, yaitu suhu paling rendah yang
mungkin dicapai di alam semesta (sekitar -273,15 derajat Celsius atau 0
Kelvin), di mana gerakan partikel menjadi minimal.
mungkin dicapai di alam semesta (sekitar -273,15 derajat Celsius atau 0
Kelvin), di mana gerakan partikel menjadi minimal.
Perbedaan utama antara Skala Kelvin dan Skala Celsius adalah bahwa pada Skala
Kelvin, suhu diukur relatif terhadap titik mutlak, sedangkan pada Skala
Celsius, titik beku air pada tekanan atmosfer normal dan titik didih air pada
tekanan atmosfer normal menjadi referensi.
Kelvin, suhu diukur relatif terhadap titik mutlak, sedangkan pada Skala
Celsius, titik beku air pada tekanan atmosfer normal dan titik didih air pada
tekanan atmosfer normal menjadi referensi.
Berikut adalah perbandingan skala celsius, reamur, fahreinhet dan kelvin:
Source: Fisikazone.com
Celcius dan Reamur memiliki titik tetap bawah pada 0°C dan 0°R, sementara
skala Fahrenheit pada 32°F. Ketiga skala ini mengambil titik beku air murni
sebagai patokan. Untuk titik tetap atas, skala Celcius pada 100°C, skala
Reamur pada 80°R, dan skala Fahrenheit pada 212°F, berdasarkan titik didih air
murni pada tekanan normal. Skala Kelvin memiliki titik tetap bawah pada 273 K
dan titik tetap atas pada 373 K. Skala ini berbeda dari yang lain karena tidak
didasarkan pada titik beku air, melainkan berdasarkan energi kinetik rata-rata
molekul benda.
skala Fahrenheit pada 32°F. Ketiga skala ini mengambil titik beku air murni
sebagai patokan. Untuk titik tetap atas, skala Celcius pada 100°C, skala
Reamur pada 80°R, dan skala Fahrenheit pada 212°F, berdasarkan titik didih air
murni pada tekanan normal. Skala Kelvin memiliki titik tetap bawah pada 273 K
dan titik tetap atas pada 373 K. Skala ini berbeda dari yang lain karena tidak
didasarkan pada titik beku air, melainkan berdasarkan energi kinetik rata-rata
molekul benda.
Nol Kelvin (tanpa derajat) disebut nol mutlak, artinya tidak ada suhu di bawah
nol mutlak dan energi kinetik mencapai nilai minimum saat mendekati nol
mutlak. Karenanya, Kelvin diakui sebagai skala suhu mutlak atau skala suhu
absolut, dan merupakan satuan standar SI untuk besaran suhu.
nol mutlak dan energi kinetik mencapai nilai minimum saat mendekati nol
mutlak. Karenanya, Kelvin diakui sebagai skala suhu mutlak atau skala suhu
absolut, dan merupakan satuan standar SI untuk besaran suhu.
Pemuaian (Ekspansi Termal)
Pemuaian adalah fenomena fisika di mana suatu benda mengalami perubahan
dimensi akibat perubahan suhu. Ketika suhu suatu benda meningkat,
partikel-partikel di dalamnya akan memiliki energi kinetik yang lebih tinggi,
sehingga mereka akan bergerak lebih aktif dan menyebabkan jarak antar partikel
menjadi lebih besar.
dimensi akibat perubahan suhu. Ketika suhu suatu benda meningkat,
partikel-partikel di dalamnya akan memiliki energi kinetik yang lebih tinggi,
sehingga mereka akan bergerak lebih aktif dan menyebabkan jarak antar partikel
menjadi lebih besar.
persambungan ekspansi termal pada jembatan.
source: fisikawan24.blogspot.com
Akibatnya, benda tersebut akan mengalami perluasan atau pemuaian. Sebaliknya,
ketika suhu benda menurun, partikel-partikel di dalamnya akan kehilangan
energi kinetik, sehingga gerakan mereka menjadi lebih lambat, dan jarak antar
partikel menjadi lebih kecil.
ketika suhu benda menurun, partikel-partikel di dalamnya akan kehilangan
energi kinetik, sehingga gerakan mereka menjadi lebih lambat, dan jarak antar
partikel menjadi lebih kecil.
Hal ini menyebabkan benda tersebut mengalami penyusutan atau pemampatan.
Pemuaian dapat terjadi pada berbagai jenis benda, baik padat, cair, maupun
gas. Namun, intensitas pemuaian dapat bervariasi tergantung pada sifat bahan
yang digunakan.
Pemuaian dapat terjadi pada berbagai jenis benda, baik padat, cair, maupun
gas. Namun, intensitas pemuaian dapat bervariasi tergantung pada sifat bahan
yang digunakan.
Karakteristik pemuaian pada suatu zat atau benda berbeda-beda, baik itu untuk
zat padat, zat cair, dan gas. Berikut akan dibahas mengenai pemuaian pada
masing-masing zat padat, cair, dan gas:
zat padat, zat cair, dan gas. Berikut akan dibahas mengenai pemuaian pada
masing-masing zat padat, cair, dan gas:
Pemuaian zat padat
Perubahan dimensi atau ukuran zat padat karena perubahan suhu. Ketika suhu
zat padat naik, partikel-partikel yang membentuk zat padat akan mendapatkan
energi tambahan, dan ini menyebabkan partikel-partikel tersebut bergerak
lebih aktif dan mempunyai lebih banyak ruang di antara mereka. Akibatnya,
zat padat akan mengalami perluasan atau pemuaian.Perluasan ini terjadi secara merata dalam semua arah pada zat padat.
Meskipun perubahan dimensi pada pemuaian zat padat biasanya kecil, namun
dapat memiliki dampak yang signifikan dalam berbagai konteks teknis dan
aplikasi.Contoh penerapan pemuaian zat padat yang umum terjadi adalah:
- Rel kereta api: Rel kereta api terbuat dari zat padat, dan perubahan
suhu dapat menyebabkan pemuaian rel. Oleh karena itu, celah ekspansi
harus diberikan agar rel tidak patah ketika mengalami pemuaian akibat
suhu panas atau cuaca.- Jembatan dan struktur bangunan: Bahan konstruksi seperti beton, baja,
dan logam mengalami pemuaian dan penyusutan dengan perubahan suhu, yang
harus dipertimbangkan dalam perencanaan dan konstruksi untuk menghindari
keretakan atau kerusakan.- Kabel listrik dan pipa: Material isolator dalam kabel listrik atau pipa
plastik dapat mengalami pemuaian dan menyebabkan perubahan dimensi pada
suhu ekstrem.
Pemuaian Panjang
Pemuaian panjang adalah fenomena fisika yang terjadi pada benda atau zat padat
berbentuk batang tipis, seperti kawat logam berdiameter kecil, ketika
dipanaskan. Saat benda semacam itu mengalami peningkatan suhu, terjadi
perubahan dimensi ke arah panjangnya, sehingga disebut sebagai pemuaian
panjang.
Hal ini disebabkan oleh partikel-partikel dalam benda yang menjadi lebih aktif
dan menyebabkan jarak antar partikel menjadi lebih besar. Karakteristik
dominan dari pemuaian panjang adalah dalam arah panjangnya. Sebagai akibatnya,
pemuaian luas dan volumenya relatif sangat kecil dibandingkan pemuaian
panjangnya. Oleh karena itu, dalam beberapa kasus, pemuaian luas dan volumenya
dapat diabaikan dalam perhitungan.
Berikut ini adalah beberapa koefisien muai panjang beberapa zat padat:
| No | Zat Padat | α ( 1/°C ) |
|---|---|---|
| 1 | Aluminium | 24 × 10-6 |
| 2 | Perunggu | 19 × 10-6 |
| 3 | Kaca | 9 × 10-6 |
| 4 | Kaca Pyrex | 3,2 × 10-6 |
| 5 | Kuningan | 19 × 10-6 |
| 6 | Baja | 11 × 10-6 |
| 7 | Tembaga | 17 × 10-6 |
| 8 | Timah Hitam | 29 × 10-6 |
| 9 | Berlian | 1 × 10-6 |
| 10 | Grafik | 2 × 10-6 |
| 11 | Perak | 20 × 10-6 |
| 12 | Platina | 9 × 10-6 |
Perubahan panjang benda atau pemuaian benda karena benda tersebut dipanaskan
bergantung pada beberapa faktor, diantaranya panjang benda tersebut mula-mula,
jenis bahan yang digunakan, dan besarnya perubahan suhu yang dialami benda
tersebut. Secara matematis dinyatakan sebagai berikut.
Rumus Pemuaian Panjang (Linear Expansion):
ΔL = L × α × ΔT
L = Lo + Δx
L = Lo (1 + α.ΔT)
Dengan :
ΔL = Pertambahan panjang ( m )
Lo = Panjang mula mula ( m )
α = Koefisien muai panjang ( 1/°C )
ΔT = Selisih panjang (°C )
Pemuaian Luas
Pemuaian luas adalah fenomena fisika di mana sebuah benda mengalami
perubahan dimensi pada bidang atau permukaannya karena perubahan suhu.
Ketika suhu benda naik, partikel-partikel di dalamnya akan memiliki energi
kinetik yang lebih tinggi, sehingga mereka akan bergerak lebih aktif dan
menyebabkan jarak antar partikel dalam benda menjadi lebih besar.
perubahan dimensi pada bidang atau permukaannya karena perubahan suhu.
Ketika suhu benda naik, partikel-partikel di dalamnya akan memiliki energi
kinetik yang lebih tinggi, sehingga mereka akan bergerak lebih aktif dan
menyebabkan jarak antar partikel dalam benda menjadi lebih besar.
Perubahan ini menyebabkan permukaan benda juga mengalami perluasan, sehingga
luas permukaan benda akan bertambah. Sebaliknya, ketika suhu benda turun,
partikel-partikel di dalamnya akan kehilangan energi kinetik, sehingga
gerakan mereka menjadi lebih lambat dan jarak antar partikel dalam benda
menjadi lebih kecil.
luas permukaan benda akan bertambah. Sebaliknya, ketika suhu benda turun,
partikel-partikel di dalamnya akan kehilangan energi kinetik, sehingga
gerakan mereka menjadi lebih lambat dan jarak antar partikel dalam benda
menjadi lebih kecil.
Ini menyebabkan luas permukaan benda menyusut, mengalami penyusutan.
Perubahan luas ini terjadi secara merata pada permukaan benda dan sebanding
dengan perubahan suhu. Koefisien pemuaian luas “β” adalah angka yang menunjukkan seberapa besar benda akan mengalami pemuaian
atau penyusutan per satuan perubahan suhu.
Perubahan luas ini terjadi secara merata pada permukaan benda dan sebanding
dengan perubahan suhu. Koefisien pemuaian luas “β” adalah angka yang menunjukkan seberapa besar benda akan mengalami pemuaian
atau penyusutan per satuan perubahan suhu.
Pemuaian pada luas, Dapat dirumuskan sebagai :
ΔA = Ao.β.ΔT
A = Ao + ΔA
A = Ao (1+β.ΔT)
Dengan :
ΔA = Pertambahan luas ( m² )
Ao = Luas mula mula ( m²)
β = Koefisien muai luas ( 1/°C )
ΔT = Selisih suhu (°C )
Pemuaian Volume.
Pemuaian pada volume adalah perubahan dimensi yang terjadi pada sebuah benda atau zat padat, cair, atau gas karena perubahan suhu. Ketika suhu suatu benda meningkat, partikel-partikel di dalamnya akan memiliki energi kinetik yang lebih tinggi, menyebabkan partikel-partikel tersebut bergerak lebih aktif dan mengakibatkan peningkatan jarak di antara mereka.
Akibatnya, volume benda akan meningkat, mengalami pemuaian. Sebaliknya, ketika suhu benda menurun, partikel-partikel di dalamnya akan kehilangan energi kinetik, membuat gerakan mereka melambat, dan menyebabkan penyusutan volume benda.
Pemuaian volume secara matematis:
ΔV = Vo.γ.ΔT
V= Vo + ΔV
V= Vo(1+γ.ΔT)
Dengan :
ΔV = Pertambahan volume ( m³ )
Vo = Volume mula mula ( m³ )
γ = koefisien muai volume ( 1/°C )
ΔT = Selisih suhu ( °C )
Penerepan Pemuaian Zat Padat Dalam kehidupan Sehari Hari
Pemuaian pada zat padat adalah fenomena fisika yang berdampak signifikan dalam berbagai bidang rekayasa dan teknologi. Pemahaman tentang pemuaian pada zat padat menjadi sangat penting karena perubahan suhu dapat menyebabkan perubahan dimensi pada benda padat tersebut.
- Dalam industri konstruksi, pemuaian pada zat padat harus diperhitungkan dengan cermat untuk mencegah keretakan atau kerusakan struktur bangunan yang dapat terjadi akibat fluktuasi suhu. Bahan seperti beton, baja, dan batu bata merupakan contoh benda padat yang perlu dipertimbangkan pemuaian padanya dalam perancangan.
- Dalam transportasi, seperti pada rel kereta api, pemuaian pada zat padat juga menjadi pertimbangan penting. Perluasan dan penyusutan rel kereta api yang disebabkan oleh perubahan suhu harus dikelola agar tidak mengganggu kinerja dan keselamatan operasional. Industri pemanasan dan pendinginan juga memerlukan perhatian khusus terhadap pemuaian pada zat padat.
- Pada proses pembuatan logam atau kaca, perubahan suhu dapat mempengaruhi dimensi dan kualitas produk. Dalam bidang teknologi dan elektronika, pemuaian pada zat padat juga berpengaruh. Peralatan elektronik seperti kabel, sirkuit, atau papan sirkuit cetak perlu memperhitungkan efek pemuaian untuk menjaga kinerja dan mencegah gangguan pada peralatan.
- Dalam industri energi, seperti pembangkit listrik tenaga nuklir, pemuaian pada zat padat menjadi faktor kritis dalam desain dan pengoperasian. Ketidakmampuan mengelola pemuaian pada material bahan bakar dan komponen lainnya dapat berdampak pada efisiensi dan keselamatan.
Penerapan pemuaian pada zat padat memerlukan perhitungan koefisien pemuaian dan tindakan pencegahan yang tepat. Insinyur dan perancang harus memastikan pemahaman mendalam tentang fenomena ini agar aplikasi teknis dapat berjalan dengan lancar dan efisien.
Dengan mempertimbangkan pengaruh pemuaian pada zat padat, kita dapat menghadirkan solusi yang lebih kokoh, aman, dan efisien dalam berbagai bidang teknologi dan industri. Penting bagi para profesional untuk terus melakukan penelitian dan inovasi guna mengoptimalkan manfaat dari pemuaian pada zat padat demi kemajuan teknologi di masa depan.
Penutupan
Dalam artikel ini, kita telah membahas mengenai konsep dasar suhu, termometer, dan fenomena pemuaian. Suhu menjadi parameter penting dalam banyak aspek kehidupan, ilmu pengetahuan, dan industri. Mengetahui suhu yang akurat menjadi kunci dalam pengendalian proses, perancangan struktur, dan pemeliharaan sistem.
Termometer, sebagai alat pengukur suhu, datang dalam berbagai jenis dan prinsip kerja yang berbeda. Mulai dari termometer klasik hingga termometer digital canggih, teknologi ini terus berkembang untuk memberikan pengukuran yang lebih tepat dan mudah.
Pemuaian, sebagai fenomena perubahan dimensi akibat perubahan suhu, menjadi perhatian penting dalam banyak aplikasi teknis dan rekayasa. Dalam berbagai sistem dan peralatan, pemuaian perlu diperhitungkan untuk mencegah keretakan, deformasi, atau kerusakan yang dapat terjadi akibat fluktuasi suhu yang ekstrem.
Dengan pemahaman yang mendalam tentang suhu, termometer, dan pemuaian, kita dapat meningkatkan pemahaman kita saat pembelajaran serta efisiensi dan keamanan dalam berbagai proses dan desain. Seiring dengan perkembangan teknologi, kita dapat mengharapkan terus munculnya inovasi dalam bidang ini.
Terima kasih telah membaca dan sampai jumpa pada artikel-artikel berikutnya!
