Apabila suatu zat di beri atau melepaskan energi panas (kalor) , maka zat tersebut akan mengalami perubahan suhu/temperature, perubahan panjang ataupun perubahan volume, dan perubahan wujud.

Suhu Suhu disebut juga temperature adalah derajat panas atau dinginnya suatu benda. Untuk mengukur temperatur digunakan termometer yang memanfaatkan sifat bahan tertentu yang memuai jika temperaturnya naik, misalkan bahan Air Raksa (Hg) . Skala temperatur ditentukan oleh dua suhu referensi.

1. Titik Beku Air Suhu dimana air membeku pada tekanan satu atmosfer (1 atm).

2. Titik Didih Air

Suhu dimana air mendidih pada tekanan satu atmosfer (1 atm).

Titik didih air

Titik beku air

Celcius Reamur Fahrenheit Kelvin

37321280100

0 0 32 273

Gambar 1.1. Skala pada termometer

Gambar di atas adalah penetapan nilai suhu titik didih dan titik beku air yang dilakukan oleh para ahli. Masing-masing penetapan suhu titik didih dan titik beku tersebut menjadi acuan bagi skala suhu yang digunakan sebagai skala pengukuran suhu pada termometer.

Berdasarkan gambar di atas terlihat bahwa terdapat perbedaan pembagian skala pada masing-masing skala suhu seperti pada skala Celcius ( C)dibagi menjadi 100 bagian, skala Reamur ( R) menjadi 80 bagian, skala Fahrenheit ( F) menjadi 180 bagian (dengan dimulai dari angka 32) dan skala Kelvin (K) menjadi 100 bagian. Dengan demikian apabila dibuat skala perbandingan bagi skala C, R, dan F maka :

C : R : (F-32) = 100 : 80 : 180

C : R : (F-32) = 5 : 4 : 9

tR =

54 tC tR =

94 (tF – 32) tF =

59 tC + 32

- 1 -

Selain 3 jenis skala termometer di atas, derajat panas sering dinyatakan dengan derajat mutlak atau KELVIN (K ) T = suhu dalam 0K tC = suhu dalam 0C T = t C + 2730

Contoh Soal : Suhu kamar pada saat ini ditunjukan oleh termometer celcius angka 300C. Barapa skala yang ditunjukan oleh a. skala Reamur b. skala Fahrenheit c. skala Kelvin Untuk menentukan hubunga skala suhu suatu termometer jika diketahui dua titik acuan terhadap termometer baku adalah sebagai berikut (perhatikan gambar), misalnya termometer A dan B.

(ta)A

(t)A

(tb)A

(ta)B

(tx)B

(tb)B

Termometer A Termometer B

Gambar 1.2. Mencari hubungan skala dua termometer

( )

( ) ( )BbBa

BbBx

AbAa

AbA

tttt

tttt

−−

=−− )(

)()()()(

Dimana : (t)A = Angka yang tertera pada termometer A yang diketahui (ta)A = Angka pada skala atas pada termometer A (tb)A = Angka pada skala bawah pada termometer A (tx)BB = Angka yang tertera pada termometer B yang belumdiketahui (ta)BB = Angka pada skala atas pada termometer B (tb)BB = Angka pada skala bawah pada termometer B Contoh Soal : Batas ukur termometer A adalah -50 dan 1200, sedang batas ukur termometer B adalah 50 dan 1500, Berapa angka yang ditunjukan oleh termometer A, ketika termometer B menunjukan angka 340 ?

- 2 -

Macam – macam termometer. a. Termometer alkohol.

Karena air raksa membeku pada – 400 C dan mendidih pada 3600, maka termometer air raksa hanya dapat dipakai untuk mengukur suhu-suhu diantara interval tersebut. Untuk suhu-suhu yang lebih rendah dapat dipakai alkohol (Titik beku – 1300 C) dan pentana (Titik beku – 2000 C) sebagai zat cairnya.

b. Termoelemen. Alat ini bekerja atas dasar timbulnya gaya gerak listrik (g.g.l) dari dua buah sambungan logam bila sambungan tersebut berubah suhunya.

c. Pirometer Optik. Alat ini dapat dipakai untuk mengukur temperatur yang sangat tinggi.

d. Termometer maksimum-minimum Six Bellani. Adalah termometer yang dipakai untuk menentukan suhu yang tertinggi atau terendah dalam suatu waktu tertentu.

e. Termostat. Alat ini dipakai untuk mendapatkan suhu yang tetap dalam suatu ruangan.

f. Termometer diferensial. Dipakai untuk menentukan selisih suhu antara dua tempat yang berdekatan.

Pemuaian Zat

Pemuaian panjang. Bila suatu batang pada suatu suhu tertentu panjangnya Lo, jika suhunya dinaikkan sebesar Δt, maka batang tersebut akan bertambah panjang sebesar ΔL yang dapat dirumuskan sebagai berikut :

Lo

Lt

∆LGambar 1.3. Pertambahan panjang pada logam

ΔL = Lo . α . Δt

α = Koefisien muai panjang = koefisien muai linier didefinisikan sebagai : Bilangan yang menunjukkan berapa cm atau

meter bertambahnya panjang tiap 1 cm atau 1 m suatu batang jika suhunya dinaikkan 10 C.

Jadi besarnya koefisien muai panjang suatu zat berbeda-beda, tergantung jenis zatnya.

- 3 -

Jika suatu benda panjang mula-mula pada suhu t0 0C adalah Lo. Koefisien muai panjang = α, kemudian dipanaskan sehingga suhunya menjadi t1 0C maka :

ΔL = Lo . α . (t1 – t0) Panjang batang pada suhu t1 0C adalah :

Lt = Lo + ΔL = Lo + Lo . α . (t1 – t0) = Lo (1 + α Δt) Keterangan :

Lt = Panjang benda setelah dipanaskan t 0C Lo = Panjang mula-mula. α = Koefisien muai panjang Δt = Selisih antara suhu akhir dan suhu mula-mula. Pemuaian Luas. Bila suatu lempengan logam (luas Ao) pada t0

0, dipanaskan sampai t10,

luasnya akan menjadi At, dan pertambahan luas tersebut adalah :

- 4 -

β adalah Koefisien muai luas (β = 2 α)

Bilangan yang menunjukkan berapa cm2 atau m2 bertambahnya luas tiap 1 cm2 atau m2 suatu benda jika suhunya dinaikkan 1 0C.

Keterangan : At = Luas benda setelah dipanaskan t 0C Ao = Luas mula-mula. β = Koefisien muai Luas Δt = Selisih antara suhu akhir dan suhu mula-mula. Pemuaian Volume Bila suatu benda berdimensi tiga (mempunyai volume) mula-mula volumenya Vo pada suhu t0

0, dipanaskan sampai t1

0, volumenya akan menjadi Vt, dan pertambahan volumenya adalah :

ΔA = Ao . β Δt Ao

∆A

At

At = Ao (1 + β Δt)

Gambar 1.4. Pertambahan luas pada logam

Vo

Vt

ΔV = Vo . γ Δt Pertambahan volume pada logam

Vt = Vo (1 + γ Δt)

γ adalah Koefisien muai Volume (γ = 3 α)

Bilangan yang menunjukkan berapa cm3 atau m3 bertambahnya volume tiap-tiap 1 cm3 atau 1 m3 suatu benda jika suhunya dinaikkan 1 0C.

Keterangan : Vt = Volume benda setelah dipanaskan t 0C Vo = Volume mula-mula. γ = Koefisien muai ruang Δt = Selisih antara suhu akhir dan suhu mula-mula. Contoh Soal : 1. Sebatang perak dipanaskan

sehingga suhunya naik 500C. Setelah diteliti ternyata perak tersebut bertambah panjang 0,19 mm ( α = 19 . 10-6 /0C). Jika suhu mula-mula 100C, berapakah : a. panjang mula-mula b. panjang pada suhu 800C

2. Plat besi luasnya 4 m2 pada suhu 200C. Bila suhunya dinaikan sampai 1000C, maka berapakah luasnya ? (koefisien muai panjang besi 11 . 10-6 /0C)

3. Sebuah tembaga berbentuk bolakecil berdiameter 2 cm pada suhu 100C. Koefisien muai panjang tembaga 2 . 10-5 /0C. Berapakah volume bola tembaga tersebut jika dipanaskan sampai 1100C ?

Anomali Air Jika air dimasukkan dalam botol maka air bentuknya menyerupai botol. Sifat utama dari zat cair adalah mengikuti bentuk tempat yang ditempati. Karena sifat ini maka air mengalami muai volume saja.

Bila air dipanaskan pada suhu antara 0 - 4°C, maka volumenya akan berkurang karena peristiwa penyusutan, peristiwa ini disebut anomali air (keanehan air).

- 5 -

Misal bila es pada suhu dibawah 0°C dipanaskan maka volumenya akan bertambah sampai dengan 0°C. Pada suhu 0°C es melebur menjadi air dan pada suhu ini volume turun walaupun suhu tetap. Antara 0 - 4°C volume air terus berkurang sampai mencapai suhu 4°C. Tetapi setelah suhu 4°C volume air terus bertambah dengan kenaikan suhu

Grafik anomali air

Jadi pada 40 C air mempunyai volume terkecil, dan karena massa benda selalu tetap jika dipanaskan, maka pada 40 C tersebut air mempunyai massa jenis terbesar. Cotoh Soal :

Sebuah bejana kaca (koefisien muai panjang 9 . 10-6 /0C) pada suhu 00C berisi penuh dengan 120 cm3 raksa (koefisien muai 18 . 10-5 /0C). Berapa cm3 raksa yang tumpah dari bejana itu jika suhu dinaikan menjadi 500C?

Pemuaian Gas. Gas mempunyai sifat mengisi ruangan yang ditempatinya, oleh sebab itu gas hanya memiliki muai ruang (volume) saja. Jika gas dipanaskan dari 00C sampai t0C pada tekanan tetap, maka volumenya akan menjadi :

)27311(0 tVVt Δ+=

2731 =γ adalah besarnya koefisien muai gas pada tekanan tetap. Nilai γ untuk

semua gas sama.

Kita tinjau sejumlah gas bermassa m, bertekanan P, bertemperatur T dan berada dalam ruang tertutup yang bervolume V. Dari percobaan-percobaan gas dapat menunjukkan hal-hal sebagai berikut :

- 6 -

a. Untuk sejumlah gas bermassa tertentu, pada tekanan tetap, ternyata volumenya sebanding dengan temperatur mutlaknya atau dikenal dengan HUKUM GAY LUSSAC dan proses ini disebut dengan proses ISOBARIS.

- 7 -

Atau V = C . T TV = C

Jadi pada TEKANAN TETAP berlaku :

b. Untuk sejumlah gas bermassa tertentu, pada temperatur konstan,

ternyata tekanan gas berbanding terbalik dengan volumenya atau dikenal dengan HUKUM BOYLE dan proses ini disebut dengan proses ISOTERMAL.

atau

Jadi pada TEMPERATUR TETAP berlaku : c. Selain itu gas dapat diekspansikan pada volume tetap dan prosesnya

disebut dengan proses ISOKHORIS atau dikatakan tekanan gas sebanding dengan temperatur mutlaknya.

Atau Jadi pada VOLUME TETAP berlaku : Kesimpulan : Dari kenyataan-kenyataan di atas maka untuk gas bermassa

tertentu dapat dituliskan dalam bentuk Atau Dan persamaan di atas disebut :

TV

1

1 = TV

2

2

P = CP.V = C

V

P1 V1 = P2 V2

P = C . T TP = C

TP

1

1 = TP

2

2

TV 1

11P = T

V 2

22P TV P = Konstan

BOYLE – GAY LUSSAC

Penerapan Pemuaian a. Mengeling plat logam

Agar paku keling menjepit pelat dengan kuat, pada waktu paku keling dimasukkan ke dalam lubang pelat, paku keling dalam keadaan panas pijar. Pada keadaan itu ujung paku keling dipukul sehingga melebar dan menjepit pelat. Setelah dingin, paku keling mengerut dan menjepit kedua pelat dengan kuat.

b. Pemasangan poros pada roda baja Ban baja sebuah roda lokomotif dipanaskan oleh pembakar gas sehingga ia memuai dan pas melalui roda. Pada waktu dingin ban menyusut dan memegang roda dengan kuat.

c. Membuka tutup botol

Siraman air panas pada tutup botol yang tertutup rapat botol yang terlalu rapat, menyebabkan tutup botol dari logam memuai lebih besar dari botol sehingga tutup botol lepas dengan mudah.

d. Bimetal Bimetal adalah dua pelat logam yang terbuat dari logam yang berbeda dan direkatkan satu sama lainnya dengan jalan mengeling atau mengelas. Bila dipanaskan atau didinginkan bimetal melengkung. Melengkungnya bimetal bila dipanaskan atau didinginkan disebabkan koefisien muai kedua pelat logam berbeda.

Bimetal banyak digunakan di dalam teknik, antara lain: Alat pemberitahu ada kebakaran (saklar termal).

Sewaktu suhu tinggi di sekitar bimetal, bimetal melengkung sehingga terjadi persentuhan antara dua cakram kontak. Persentuhan kedua cakram tersebut menimbulkan rangkaian listrik tertutup, dan bel berbunyi. Dengan cara ini bel listrik secara otomatis berdering jika suhu di sekitar itu tinggi.

- 8 -

e. Lampu arah membelok kendaraan (lampu sen)

Lampu arah membelok kendaraan (lampu sen kendaraan) yang nyala padam (berkedip) banyak yang bekerja dengan menggunakan bimetal. Susunan dasar lampu ini ditunjukkan pada gambar disamping.

Sewaktu saklar lampu dinyalakan, arus listrik mengalir melalui lampu dan kumparan pemanas yang dililitkan di sekitar bimetal. Arus ini terlalu kecil untuk menyalakan lampu, tetapi arus ini memanaskan keping bimetal. Dan menyebabkan keping bimetal melengkung ke atas.

Soal Latihan 1. Lengkapi table berikut :

C R F K

……….. -80 ……….. ………..

……….. ……….. 1040 ………..

100 ……….. ……….. ………..

……….. ……….. ……….. 300

2. Es melebur Air mendidih.

Termometer skala X 400 1600

Termometer skala Y 200 1800

a. Maka 200 X = ………….0Y

b. tX + tY = 840, maka tC = ………

3. Es melebur Air mendidih.

Termometer skala X -400 1100

Termometer skala Y -500 1500

Pada temperatur berapa tX = tY

4. Berapakah perubahan panjang kawat besi yang dipanaskan dari 00 sampai 400 jika pada 00 panjangnya 12,75 m (α besi = 12 x 10 –6 / 0C)

5. Berapa panjang kawat tembaga pada 800 C jika pada 200 C panjangnya 71,28 m (α tembaga = 17 x 10 –6 / 0C)

- 9 -

- 10 -

6. Kawat besi dan seng pada 100 C panjangnya 158,21 cm. Berapa selisih panjang keduanya pada 1000 C jika muai panjang besi dan seng masing-masing 12 x 10 –6 / 0C dan 29 x 10 –6 / 0C.

7. Pada 150 C panjang penggaris besi tepat 1 m sedang panjang penggaris tembaga 0,036 cm lebih panjang. Jika muai panjang besi dan tembaga masing-masing 1,2 x 10 –5 / 0C dan 1,92 x 10 –6 / 0C. Berapa selisih panjang pada 00 C.

8. Kawat besi dan kawat seng pada 900 panjangnya sama. Berapa panjang kawat besi pada 100 jika pada 500 panjang kawat seng adalah 132,87 cm (muai panjang lihat soal no. 7)

9. Panjang kawat logam 191,7 cm pada 00 C dan bertambah panjang 0,23 cm jika dipanaskan sampai 1000 C. Benda logam tersebut volumenya 387,189 cm3 pada 200 C, volumenya pada 700 C akan bertambah ………

10. Volume logam pada 200 C adalah 281,328 cm3 dan menjadi 281,834 cm3 pada 700 C. Berapa panjang kawat logam pada 900 C jika pada 100 C panjangnya 83,72 cm ?

11. Balok logam volumenya 429,725 cm3 pada 200 C dan bertambah 1,096 cm3 jika dipanaskan sampai 800 C. Berapa panjang kawat logam pada 1000 C, jika pada 00 C panjangnya 188,23 cm.

12. Balok logam panjang 2,5 m dan penampang 20 cm2, massanya 40,048 kg pada 00 C, massa jenis logam 8 g/cm3 pada 200 C. Berapa pertambahan panjang jika batang dipanaskan dari 00 C sampai 1000 C.

13. Bejana dari gelas penuh berisi air raksa sebanyak 124,7 cm3 pada 00 C. Berapa air raksa tumpah jika bejana beserta isinya dipanaskan sampai 43,80 C. Muai ruang dan muai panjang dari air raksa dan gelas masing-masing adalah 0,000181 / 0C dan 8 x 10 –6 / 0C. Massa jenis air raksa 13,6 g/cm3 pada ssat itu.

14. Tangki besi pada 00 C volumenya 21,35 m3. Berapa m3 minyak pada 100 C dalam tangki jika pada 400 C tangki penuh dengan minyak ? Muai panjang besi 1,2 x 10 –6 / 0C dan muai ruang minyak 0,001 / 0C.

15. Bola gelas pada 00 C volumenya 214,97 cm3, massanya 28,17 gram. Pada 800 C, bola tersebut berisi x gram raksa dan jika dimasukkan ke dalam air ternyata ½ volume bola dalam air dan ½ volume yang lain di atas permukaan air. Berapa x ? Muai panjang gelas 8 x 10 –6 / 0C.

16. Ban dari besi hendak dipasang pada roda kayu yang diameternya 100 cm. Diameter ban besi 5 mm kurang dari diameter roda. Berapa temperatur harus dinaikkan agar ban besi tepat masuk pada roda ? (α besi = 12 x 10 –6 / 0C)

17. Pada temperatur 500 C dan 4500 C, dua penggaris dari besi dan tembaga, mempunyai beda panjang sama yaitu 2 cm. Muai panjang besi = 12 x 10–6 / 0C dan muai panjang tembaga 17 x 10–6 / 0C. Berapa panjang masing-masing penggaris pada 00 ?

18. Silinder gelas pada 00 C berisi 100 gram air raksa sedang pada 200 C berisi penuh 99,7 gram air raksa. Jika koefisien muai ruang air raksa 18 x 10 –5 / 0C, berapa koefisien muai panjang gelas ?