bab 17 temperatur diktat

•Temperatur dan Hukum ke nol Termodinamika

A

•Termometer dan Temperatur Skala Celcius

B

•Ekspansi Termal Zat Padat dan Cair

C

•Penjelasan Makroskopik Gas Ideal

D

Temperatur


A


B


C


D

TEMPERATUR

Mendefinisikan arti kesetimbangan termal dan menjelaskan apa yang diukur oleh thermometer

Menjelaskan berbagai jenis cara kerja thermometer

Mendefinisikan aspek fisika skala temperatur absolute dan Kelvin

Menganalisa perubahan dimensi objek akibat perubahan temperatur

Tujuan Pembelajaran


A


B


C


D

TEMPERATUR

Temperatur dan Hukum Termodinamika I Termometer dan Temperatur Skala Celcius Termometer Gas Volume Konstan dan Skala

Temperatur Absolut Ekspansi Termal Zat Padat dan Cair Penjelasan Makroskopik Gas Ideal

Bab yang akan dipelajari


A


B


C


D

TEMPERATUR

Dalam kehidupan sehari-hari, berdasarkan pengalaman kita mengetahui bahwa apabila kita merasa kedinginan berarti suhu tubuh kita lebih tinggi dibanding suhu lingkungan sedangkan jika kita merasa kepanasan itu menandakan bahwa suhu tubuh kita lebih rendah dibanding suhu lingkungan.

Hal-hal yang berhubungan dengan suhu, panas, dingin, dan alat pengukur suhu (yang biasa disebut dengan termometer) sering kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari dan tidak jarang pula kita sering berinteraksi dengannya.

Pendahuluan


A


B


C


D

TEMPERATUR

Perhatikan gambar Gambar (a) menunjukkan

rasa panas yang kita rasakan pada saat memegang secangkir kopi, terlihat arah aliran panas dari cangkir ke tangan kita

Gambar (b) menunjukkan rasa dingin yang kita rasakan pada saat memegang segelas air es, terlihat arah aliran panas dari gelas ke tangan kita

Aliran panas bergerak dari benda bersuhu lebih tinggi ke suhu lebih rendah


A


B


C


D

TEMPERATUR

Konsep temperatur, seperti halnya konsep gaya, berasal dari persepsi dan interpretasi manusia terhadap gejala alam yang teramati. Jika gaya dipersepsikan sebagai sesuatu yang berhubungan dengan usaha yang dikerjakan oleh otot-otot tubuh kita dan termanifestasi dalam bentuk tarikan atau dorongan, maka persepsi terhadap temperatur berkorelasi dengan sesuatu yang diterjemahkan sebagai panas atau dingin.

Temperatur dan Hukum ke nol Termodinamika


A


B


C


D

TEMPERATUR

Anda amati ketika Anda membeli es teh dimana es dan air tehnya dipisah dalam dua gelas yang berbeda.

Dengan meraba dinding gelas Anda tentu dapat mengetahui dengan mudah bahwa es terasa lebih dingin dibanding dengan air teh.

Campuran es–air teh maka Anda akan menemukan bahwa temperatur campuran es–air teh berada di antara temperatur es dan air teh.

Dalam campuran tersebut telah terjadi tukar menukar temperatur. Es memberikan sebagian “dinginnya” ke air teh sedangkan air teh memberikan sebagian “panasnya” ke es.


A


B


C


D

TEMPERATUR

Transfer “panas–dingin” dapat terjadi baik terjadi kontak langsung maupun tidak.

Pada saat Anda menghangatkan tubuh dekat dengan perapian. Anda tidak perlu menyentuh api yang berkobar-kobar untuk menghangatkan tubuh Anda.

Kemudian Anda tentu akan merasa bahwa temperatur besi lebih dingin dibanding kayu dalam sebuah ruangan.

Perbedaan konduktivitas termal pada besi dan kayu menyebabkan tangan Anda merasakan temperatur yang berbeda antara keduanya.


A


B


C


D

TEMPERATUR

Benda yang bertemperatur lebih panas akan mentransfer sebagian panasnya ke benda yang lebih dingin hingga temperatur keduanya sama.

Jika dua benda yang mengalami kontak termal telah mencapai keadaan seperti ini maka dua benda tersebut dikatakan berada dalam keadaan kesetimbangan termal.


A


B


C


D

TEMPERATUR

Temperatur selalu kita kaitkan dengan keadaan panas atau dinginnya suatu benda tetapi temperatur bukanlah panas atau dingin itu sendiri.

Benda-benda tersebut memiliki karakteristik intrinsik yang mempengaruhi apakah suatu benda akan mencapai suatu kesetimbangan termal atau tidak ketika diinteraksikan dengan benda lain. Itulah yang dimaksud dengan temperatur.


A


B


C


D

TEMPERATUR

Lalu, apa yang dimaksud dengan panas dan dingin? Panas dan dingin lebih terkait dengan sensasi indera peraba kita terhadap keadaan termal suatu benda.

Panas merujuk pada keadaan dimana temperatur suatu benda lebih tinggi dibanding dengan benda lain.


A


B


C


D

TEMPERATUR

Jika benda A dikatakan lebih panas dibanding benda B maka benda B kita katakan lebih dingin. Tentu saja dingin di sini diukur relatif terhadap benda A.

“jika terdapat dua benda berada dalam kesetimbangan termal dengan benda ketiga maka ketiga benda tersebut berada dalam kesetimbangan termal satu sama lain”, Pernyataan itu dikenal dengan Hukum ke nol Termodinamika.


A


B


C


D

TEMPERATUR

Kita dapat membuat alat ukur temperatur berdasarkan konsep hukum ke nol termodinamika.

Alat yang digunakan untuk mengukur temperatur suatu benda disebut termometer.


A


B


C


D

TEMPERATUR

Sebuah termometer harus memenuhi beberapa kriteria antara lain : Tidak memberikan efek yang signifikan terhadap sistem

yang diukur. Suhu benda tidak berubah ketika kita menempelkan

termometer ke benda tersebut. Termometer harus dapat melakukan kontak termal

dengan baik terhadap benda yang akan diukur suhunya. Termometer tersebut harus berlaku secara universal dan

dapat digunakan berulang kali.

Termometer dan Temperatur Skala Celcius


A


B


C


D

TEMPERATUR

Bahan-bahan yang memenuhi syarat-syarat tersebut antara lain bahan dari golongan zat cair dan gas.

Gas-gas memiliki respon yang identik terhadap perubahan temperatur, maka pendefinisian temperatur secara umum dipilih berdasarkan pada karakteristik gas dibanding cairan.


A


B


C


D

TEMPERATUR

Pada keadaan dimana volume gas dijaga konstan, kebergantungan temperatur terhadap tekanan adalah bersifat linier.

p = p0 + p0αt

0

01

p

ppt

2

1

2

1

2

1

0

0

2

1

1

1

1

1

t

t

p

p

t

t

p

p

p

p


A


B


C


D

TEMPERATUR

Ketika digunakan untuk mengukur kenaikan suhu air pada fase padat ke cair (es mencair) hingga fase cair ke gas (air menguap), skala t diberi angka 00 – 1000.

Skala temperatur semacam ini disebut dengan centrigrade perfect gas scale.

Skala Kelvin didefinisikan berdasarkan keadaan triple point air, titik dimana air dalam formasi gas, cair dan uap berada dalam keadaan setimbang, yaitu pada 273,16 K.


A


B


C


D

TEMPERATUR

Selisih suhu titik beku dan titik didih air tidaklah benar-benar 1000, diukur dalam skala Kelvin, melainkan mendekati 1000.

Kita kembalikan dalam variabel t maka akan kita peroleh skala suhu t = T – 273,15 dimana skala tersebut tidak benar-benar identik dengan skala centrigrade.

Berarti skala suhu t merupakan jenis skala suhu yang berbeda. Skala suhu t tersebut kemudian didefinisikan sebagai skala Celcius. t = (T + 273,15)0 C


A


B


C


D

TEMPERATUR

Skema kalibrasi skala temperatur


A


B


C


D

TEMPERATUR

Ketika suatu zat, meliputi padat, cair dan gas, dipanaskan maka ukuran dari zat tersebut akan mengalami perubahan. Sebuah material padat seperti sebuah kawat besi akan bertambah panjang ketika suhunya dinaikkan. Pertambahan panjang ini disebut dengan pemuaian.

Pemuaian semacam ini disebut dengan pemuaian linier. L = αL0T

Konstanta α didefinisikan sebagai:

Ekspansi Termal Zat Padat dan Cair

dT

dL

L

T

L

L

T

L

L

T

1

1lim

1

0


A


B


C


D

TEMPERATUR

Jika L menyatakan panjang akhir kawat setelah suhunya dinaikkan maka L dapat ditentukan dengan persamaan berikut:

L = L0 + L = L0 + αL0T L = L0 (1 + αT)

Jika dimensi panjang kawat dan diameternya sama-sama besar, misalnya seperti silinder pejal terbuat dari besi, maka efek pemuaian pada diameter silinder tersebut tidak bisa kita abaikan.

Perubahan yang terjadi adalah pertambahan volume.


A


B


C


D

TEMPERATUR

Pemuaian volume ini juga dipengaruhi oleh sebuah konstanta yang disebut konstanta muai volume, .

kita asumsikan homogen maka besarnya koefisien muai panjang α1 = α2 = α3 = α, sehingga koefisien muai volume = 3α.

123

132

321

231

321

321

321

00

0

111

1lim

1

dT

dLLL

LLLdT

dLLL

LLLdT

dLLL

LLL

V

V

V

T

V

V

T


A


B


C


D

TEMPERATUR

Jika V menyatakan volume akhir setelah benda dipanaskan maka besarnya V dapat ditentukan sebagai berikut: V = V0 (1 + T)

Fenomena aneh yang terjadi pada air. Air yang dipanaskan dari suhu 00 C hingga 40 C bukannya mengalami pemuaian melainkan malah menyusut. Tetapi setelah melewati suhu 40 C, air mengalami pemuaian. Fenomena tidak wajar ini disebut dengan anomali air.


A


B


C


D

TEMPERATUR

Terlepas dari keanehan sifat air tersebut, ternyata anomali air memiliki peran yang sangat vital pada ekologi perairan seperti ekosistem danau.

Perhatikan grafik pada Gambar dibawah.


A


B


C


D

TEMPERATUR

Efek anomali air inilah yang menjelaskan mengapa es yang terbentuk di danau atau lautan dimulai dari permukaan bukan dari dasar danau atau laut. Sementara bagian atas danau sudah terbentuk es, bagian bawahnya masih berupa air.


A


B


C


D

TEMPERATUR

Perhatikan Gambar disamping, pada keadaan dimana temperatur gas dijaga konstan maka ketika volume gas mengecil, tekanannya membesar dan juga sebaliknya.

Penjelasan Makroskopik Gas Ideal


A


B


C


D

TEMPERATUR

Perhatikan gambar, pada keadaan dimana tekanan gas dijaga konstan maka ketika suhunya naik, volumenya akan ikut naik ditandai dengan naiknya permukaan cairan dalam tabung sebelah kanan dan juga sebaliknya


A


B


C


D

TEMPERATUR

Ternyata tekanan gas berbanding terbalik dengan volume gas.

Hukum Boyle dapat dinyatakan sebagai PV = konstan pada temperatur konstan.

Pada densitas yang rendah, hasil kali pV hampir sebanding dengan temperatur T: pV = δT

Dimana δ menyatakan suatu konstanta yang bergantung pada jenis gas. Persamaan diatas dikemukakan pertama kali oleh Jacques Charles dan Gay Lussac. Konstanta δ sebanding dengan jumlah molekul gas N dan konstanta Boltzmann k = 1,381 x 10-23 J/K.


A


B


C


D

TEMPERATUR

Karena δ = Nk persamaan sebelumnya menjadi: pV = NkT pV = nNAkT

pV = nRT

Persamaan diatas dikenal sebagai persamaan gas ideal.

Persamaan diatas disebut juga dengan persamaan keadaan.

konstannRT

pV


A


B


C


D

TEMPERATUR

kita dapat menentukan keterkaitan antara keadaan gas awal dan akhir dengan persamaan:

2

22

1

11

2

22

1

11

konstan

konstan

T

Vp

T

Vp

nRT

Vp

nRT

Vp

bab 17 temperatur diktat

Documents