Suhu dan Pengukurannya

Satu lagi besaran pokok yang sering kamu jumpai dalam kehidupan sehari-hari adalah suhu. Apakah suhu itu? Bagaimana cara mengukur suhu? Apa satuannya?


1. Pengertian Suhu

Contoh :
a. Es batu  
b. Kopi      
c. Sirop      
d. Air panas

Pernahkah kamu membuatkan kopi hangat atau es sirop? Perhatikan Gambar!
        Menurutmu, untuk membuat secangkir kopi panas, apa yang kamu perlukan? Apa juga yang kamu perlukan untuk membuat segelas sirop dingin? Untuk membuat secangkir kopi panas, kamu memerlukan beberapa sendok kopi dan air panas, sedangkan untuk membuat sirop dingin kamu memerlukan sari sirop, air, dan es batu.
        Bagaimana kamu dapat menentukan bahwa air kopi itu terasa panas dan sirop itu terasa dingin? Dalam kehidupan sehari-hari kamu sering mengukur suhu dengan penglihatan, sentuhan, dan perasaanmu saja sehingga kamu hanya melakukan perkiraan terhadap derajat panas suatu benda. Nah, betulkah indra peraba tidak dapat digunakan untuk mengukur suhu suatu benda? Indra peraba, seperti tangan tidak dapat menentukan secara tepat nilai panas dan dingin suatu benda. Tangan hanya dapat menentukan nilai derajat panas dan dingin suatu benda secara relatif dengan menggunakan perasaan.

"Info Sains : 

Apakah Panas dan Suhu Sama?

Panas dan suhu bukanlah hal yang sama. Energi panas suatu benda tergantung pada energi gerakan atom dan molekulnya. Jumlah panas dapat diukur dalam kalori. Berbeda dengan suhu, suhu suatu benda menunjukkan tingkat energi panas benda tersebut. Suhu terendah yang mungkin adalah 273 derajat di bawah nol skala celsius. Para ilmuwan percaya pada suhu itu molekul diam.

Sumber: Aku Ingin Tahu, 1997"

        Nah, dalam ilmu pengetahuan alam untuk menyatakan tingkat panas dinginnya suatu keadaan digunakan suatu besaran yang disebut suhu atau temperatur. Dengan menggunakan besaran suhu ini, kamu dapat menentukan panas dan dingin suatu keadaan secara pasti. Jadi, suhu adalah besaran fisika yang menyatakan derajat panas suatu benda.

2. Pengukuran Suhu

        Dari uraian sebelumnya, kamu telah mengetahui bahwa besaran untuk mengukur panas atau dinginnya suatu keadaan dinamakan suhu. Nah, tahukah kamu bagaimana cara mengukur suhu suatu keadaan secara tepat? Untuk mengukur suhu suatu keadaan digunakan termometer. Termometer berasal dari bahasa Yunani, yaitu thermos dan meter. Thermos artinya panas, sedangkan meter artinya mengukur. Jadi, termometer merupakan alat untuk mengukur suhu. Termometer biasanya berbentuk sebuah pipa kaca sempit tertutup yang diisi dengan zat cair, seperti air raksa.
       Dalam sistem internasional besaran suhu menggunakan skala Kelvin (K), tetapi di Indonesia besaran suhu yang sering digunakan adalah Celsius (°C).

       Zat yang dingin mempunyai suhu rendah, sedangkan zat yang hangat mempunyai suhu yang lebih tinggi. Ketika kedua termometer dimasukkan ke dalam wadah berisi air leding, kedua termometer tersebut menunjukkan nilai yang sama. Lain halnya, dengan tanganmu yang tidak dapat merasakan secara tepat derajat panas atau dinginnya suatu benda. Hal ini membuktikan bahwa termometer dapat mengukur suhu suatu zat dengan tepat.


3. Membuat Termometer Sederhana

Nah, tahukah kamu prinsip apa yang digunakan oleh termometer sehingga termometer dapat mengukur suhu suatu zat secara tepat? Mari kita menyelidikinya melalui Kegiatan ini!

Termometer Sederhana

Tujuan: Membuat termometer sederhana.
Alat dan bahan:
Botol kaca, air, pewarna makanan (warna merah), sedotan, gunting, tiga buah spidol berwarna, karton putih, dan plastisin (lilin mainan).
Prosedur kerja:                                                                 1. Masukkan air ke dalam botol kaca.
2. Masukkan pewarna makanan ke dalam botol yang telah berisi air sehingga air dalam botol menjadi berwarna merah.
3. Masukkan sedotan plastik ke dalam botol sampai masuk ke dalam air, kemudian tutup mulut botol dengan plastisin sehingga tidak ada udara yang masuk.
4. Tiup sedotan dengan perlahan sampai air naik ke dalam sedotan. Berhentilah meniup ketika air mencapai bagian tengah sedotan.5. Buatlah dua celah pada karton putih, kemudian masukkan karton tersebut ke dalam sedotan. Setelah itu, buatlah tanda permukaan air pada karton putih dengan menggunakan spidol hitam. Tanda permukaan air itu menunjukkan suhu normal (suhu ruangan).
6. Simpan termometer di tempat yang panas. Perhatikan, air akan mengembang sehingga permukaan air akan naik. Tandailah permukaan air tersebut dengan spidol merah. Tanda ini dianggap sebagai titik tetap atas.
7. Simpan termometer di dalam lemari es beberapa saat. Perhatikan, air akan menyusut sehingga permukaan air akan turun. Tandailah permukaan air tersebut dengan spidol biru. Tanda ini dianggap sebagai titik tetap bawah.
Lebih jelasnya, perhatikan gambar di samping.

Termometer berisi zat cair yang
pemuaiannya teratur sehingga
dapat mengukur perubahan
suhu dengan tepat.

     Dari Kegiatan tadi, kamu telah menyelidiki hubungan antara perubahan volume suatu zat cair dan perubahan suhu.

     Permukaan suatu zat cair akan naik melalui sedotan (volume zat cair tersebut bertambah) ketika dipanaskan dan juga permukaan suatu zat cair akan turun (volume zat cair berkurang) ketika didinginkan. Hubungan inilah yang dimanfaatkan oleh termometer untuk mengukur suhu suatu zat. Hubungan antara perubahan volume dan perubahan suhu juga terjadi pada zat padat dan zat gas. Jika zat padat atau zat gas dipanaskan, volumenya akan bertambah. Begitu pula jika zat padat atau zat gas didinginkan, volumenya akan berkurang.

      Nah, tahukah kamu zat apa yang sebaiknya digunakan untuk mengisi termometer agar dapat mengukur suhu dengan baik?

      Zat pengisi termometer yang paling umum digunakan adalah raksa dan alkohol. Kedua zat cair tersebut masing-masing memiliki keuntungan dan kerugian.

a. Raksa

Keuntungan menggunakan raksa sebagai pengisi termometer adalah sebagai berikut.

1) Warnanya mengkilap seperti perak sehingga mudah dilihat.

2) Perubahan volumenya teratur pada saat terjadinya perubahan suhu.

3) Tidak membasahi dinding kaca.

4) Jangkauan suhunya cukup lebar (–40 °C sampai dengan 350 °C).

Sedangkan kerugiannya adalah sebagai berikut.

1) Harga raksa mahal.

2) Raksa tidak dapat mengukur suhu yang sangat rendah.

b. Alkohol

Keuntungan menggunakan alkohol sebagai pengisi termometer adalah sebagai berikut.

1) Untuk menaikkan suhu kecil, alkohol mengalami perubahan volume lebih besar sehingga dapat mengukur suhu dengan teliti.

2) Dapat mengukur suhu yang sangat rendah.

Sedangkan kerugiannya adalah sebagai berikut.

1) Titik didih rendah (78 °C) sehingga pemakaiannya terbatas.

2) Tidak berwarna, sehingga perlu diberi warna agar mudah dilihat.

3) Membasahi dinding kaca.

4. Skala Suhu dan Perbandingannya

Tahukah kamu skala termometer apa saja yang sering digunakan? Sampai saat ini ada empat jenis skala suhu yang sering digunakan di antaranya adalah skala Celsius, Fahrenheit, Reamur, dan Kelvin. Mari mempelajari dan memahami perbedaan keempat skala termometer tersebut.

a. Skala Celsius

Skala Celsius merupakan skala yang paling banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Tahukah kamu

siapa yang menetapkan skala Celsius? Skala Celsius ditetapkan oleh seorang fisikawan Swedia yang bernama

Andreas Celsius (1701 – 1744). Skala temperatur Celsius menggunakan satuan 'Derajat Celsius' (simbol °C). Pada skala Celsius, titik beku air ditetapkan sebagai titik tetap bawah, yaitu sebesar 0 °C dan titik didih air ditetapkan sebagai titik tetap atas, yaitu sebesar 100 °C. Jarak antara kedua titik tetap ini dibagi menjadi 100 skala.

Andreas Celsius

Andreas Celsius (27 November 1701 – 25 April 1744) lahir di Ovanåker, Swedia. Beliau adalah seorang profesor astronomi di Universitas Uppsala dari tahun 1730 hingga 1744. Pada tahun 1733 di Nuremberg, Celsius menerbitkan sebuah koleksi 316 pengamatan aurora borealis yang dibuatnya dan orang lain selama tahun 1716-1732. Di Paris beliau menggagas pengukuran busur meridian di Lapland dan pada 1736 mengikuti sebuah ekspedisi yang dilaksanakan untuk tujuan tersebut oleh Akademi Sains Perancis.                                                                     Celsius adalah salah satu pendiri Observatorium Astronomi Uppsala pada 1741. Namanya paling dikenal sebagai pengusul skala Celsius pada tahun 1742. Tahun 1744 beliau meninggal karena penyakit tuberkulosis di Uppsala. 

b. Skala Fahrenheit

Pada skala Fahrenheit, titik beku air ditetapkan sebesar 32 °F dan titik didih air ditetapkan sebesar 212 °F. Jarak kedua titik tetap ini dibagi dalam 180 skala. Skala Fahrenheit banyak digunakan di Inggris, Kanada, dan Amerika Serikat.

c. Skala Reamur

Pada skala Reamur, titik beku air ditetapkan sebesar 0 °R dan titik didih air ditetapkan sebesar 80 °R. Jarak antara kedua titik tetap ini dibagi ke dalam 80 skala. Skala Reamur jarang digunakan dalam kehidupan sehari-hari.

d. Skala Kelvin

        Tahukah kamu siapakah yang menetapkan skala Kelvin? Skala Kelvin ditetapkan oleh fisikawan Inggris Lord Kelvin. Skala Kelvin memiliki satuan Kelvin (disingkat K, bukan °K). Pada skala Kelvin, tidak ada skala negatif karena titik beku air ditetapkan sebesar 273 K dan titik didih air ditetapkan sebesar 373 K. Hal ini berarti suhu 0 K sama dengan –273 °C. Suhu ini dikenal sebagai suhu nol mutlak. Para ilmuwan yakin bahwa pada suhu nol mutlak, molekul-molekul diam atau tidak bergerak. Dengan alasan inilah skala Kelvin sering digunakan untuk keperluan ilmiah. Skala Kelvin merupakan satuan internasional untuk temperatur.

Lord Kelvin 

Lord Kelvin adalah seorang fisikawan dan matematikawan Britania (1824 – 1907). Lahir dengan nama William Thomson di Belfast. Kelvin adalah orang pertama yang mengusulkan skala mutlak dari suhu.                                                                                                                      Studinya terhadap teori Carnot (teori tentang mesin ideal dengan efisiensi mendekati 100%) menuntunnya ke ide bahwa kalor tidak pernah berpindah secara spontan dari benda bersuhu rendah ke benda bersuhu tinggi, teori ini dikenal sebagai hukum kedua termodinamika.

        Nah, setelah kamu mengetahui skala-skala tersebut, tahukah kamu cara membandingkan antara skala Celsius dengan skala Fahrenheit, Reamur, dan Kelvin? Perhatikan perbandingan skala

termometer pada Gambar dibawah ini.

Perbandingan skala Celcius, Fahrenheit, Reamur, dan Kelvin.

Dari Gambar diatas, diketahui bahwa 0 °C = 32 oF dan 100  ° C = 212  ° F, serta 100 skala Celsius = 180 skala Fahrenheit sehingga dapat dinyatakan persamaan sebagai berikut.

Sehingga diperoleh hubungan antara skala Celcius dan skala Fahrenheit sebagai berikut.

Contoh

1. Suhu suatu ruangan adalah 86 ° F. Berapakah suhu ruangan tersebut dalam skala Celsius?

Jawab:

Dengan menggunakan Persamaan (a.1) diperoleh:

Jadi, suhu ruangan tersebut adalah 30 °C.

2. Suhu seorang anak adalah 35 °C. Berapakah suhu anak tersebut dalam skala Fahrenheit?

Jawab:

Dengan menggunakan Persamaan (a.2) diperoleh:

Jadi, suhu anak tersebut adalah 95 °F.

Dari Gambar tadi, telah diketahui bahwa titik tetap bawah skala Celsius dan skala Reamur adalah 0 °C dan 0 °R. Adapun titik tetap atas skala Celsius dan skala Reamur adalah 100 °C dan 80 °R. Jadi, 100 skala Celsius = 80 skala Reamur. Sehingga dapat dinyatakan persamaan sebagai berikut.

Sehingga diperoleh hubungan antara skala Celcius dan skala Reamur sebagai berikut.

Contoh

1. Suhu badan Tina adalah 30 °R. Berapakah suhunya dalam skala Celsius?

Jawab:

Dengan menggunakan Persamaan (1 - 3) diperoleh:

Jadi, suhu badan Tina adalah 37,5 °C.

2. Suhu di suatu padang pasir adalah 40 °C. Berapakah suhunya dalam skala Reamur?

Jawab:

Dengan menggunakan Persamaan (1 - 4) diperoleh:

Jadi, suhu padang pasir tersebut adalah 32 °R.

Dari Gambar tadi juga telah diketahui bahwa 0 °C = 273 K dan 100 °C = 373 K. Skala Celsius dan skala Kelvin sama-sama mempunyai 100 skala sehingga diperoleh hubungan sebagai berikut.

Contoh

1. Suhu suatu ruangan adalah 27 °C. Berapakah suhunya dalam skala Kelvin?

    Jawab:

    Dengan menggunakan Persamaan (1 - 5) diperoleh:

     t K = t °C + 273 = 27 + 273 = 300

    Jadi, suhu ruangan tersebut adalah 300 K.

2. Suhu sebuah filamen lampu listrik yang sedang menyala adalah 2.925 K. Berapakah suhu filamen lampu  tersebut dalam skala Celsius?

    Jawab:

    Dengan menggunakan Persamaan (1 - 6) diperoleh:

    t °C = t K – 273 = 2.925 – 273 = 2.652

    Jadi, suhu filamen lampu listrik yang sedang menyala tersebut adalah 2.652 °C.

5. Jenis-Jenis Termometer

Termometer yang digunakan dalam kehidupan sehari-hari banyak jenisnya, di antaranya termometer klinis, termometer ruangan, dan termometer maksimum-minimum. Setiap jenis termometer tersebut mempunyai fungsi yang berbeda-beda. Nah, tahukah kamu fungsi dari jenis-jenis termometer tersebut? Mari mencari tahu melalui uraian berikut.

a. Termometer Klinis

Gambar 1. Termometer klinis.

Termometer klinis sering digunakan untuk mengukur suhu tubuh. Umumnya, termometer ini digunakan oleh para dokter untuk mengetahui suhu badan pasiennya. Termometer ini mempunyai skala dari 35 °C sampai dengan 42 °C.
Hal ini dikarenakan suhu tubuh manusia tidak pernah kurang dari 35 °C atau tidak pernah lebih dari 42 °C. Bagian-bagian termometer ini terdiri atas tabung (terbuat dari kaca tipis), bagian sempit, batang kaca, dan air raksa. Termometer klinis diperlihatkan pada Gambar 1.

b. Termometer Ruangan

Gambar 2.
Termometer Ruangan.

Termometer ruangan adalah termometer yang digunakan untuk mengukur suhu suatu ruangan. Termometer ini umumnya mempunyai skala dari –20 °C sampai 50 °C. Untuk memudahkan pembacaan suhu, termometer ini biasanya diletakkan menempel pada dinding dengan arah vertikal. Termometer ruangan diperlihatkan pada Gambar 2.

c. Termometer Maksimum-Minimum

Gambar 3.
Termometer Maksimum-Minimum

Termometer maksimum-minimum digunakan untuk mengukur suhu tertinggi dan suhu terendah di suatu tempat. Termometer ini dapat mengukur suhu maksimum dan suhu minimum sekaligus. Hal ini dapat dilakukan karena termometer maksimum-minimum terdiri atas raksa dan alkohol (sekarang digunakan minyak creosote). Raksa digunakan untuk mengukur suhu maksimum, sedangkan alkohol digunakan untuk mengukur suhu minimum. Dapat dilihat di Gambar 3.