Suhu dan Perubahannya

Bagaimana caranya kita menyatakan panas dalam angka?
Bagaimana caranya kita menyatakan panas dalam angka?

Suhu dan Perubahan

Kalau kita lagi pesen minuman, misal lagi di warung kopi, biasanya pelayannya nanyain kita, "minumannya panas, sedang, atau dingin?". Contoh-contoh sederhana seperti itu nampaknya perlu dikembangkan lebih lanjut, misal kita mau panasnya diantara panas dan sedang.

Atau mungkin kita mau dingin tapi agak panas, nah di sini nampaknya kita perlu sesuatu yang lebih konkrit dan direpresentasikan secara angka, yaitu suatu ukuran panas, dan suhu adalah ukuran tersebut. Ada beberapa macam ukuran suhu, yang pertama yaitu dalam skala derajat \text{celcius} atau {}^{\circ}C.

Jadi suatu suhu tertentu dapat diwakilkan oleh suatu anagka seperti 20\,{}^{\circ}C, 33\,{}^{\circ}C, negatif pun bisa -5\,{}^{\circ}C), dan lainnya. Mungkin diantara kalian ada yang bertanya, dari mana asal satuan ini? Jadi, satuan ini ditentukan berdasarkan sifat dari air.

Suhu 0\,{}^{\circ}C merupakan kondisi di mana air mengalami perubahan wujud, dari cair ke padat (beku). Kemudian suhu 100\,{}^{\circ}C juga sama, yakni kondisi di mana air mengalami perubahan wujud, kalau kondisi ini air berubah dari cair menjadi gas (uap).

Yang kedua, yaitu skala derajat \text{fahrenheit} atau {}^{\circ}F. Jika sebelumnya merupakan derajat di mana air berubah wujud, kalau satuan yang kali ini merupakan derajat di mana suatu larutan, yakni campuran garam dan air, mengalami perubahan wujud. Suhu 0\,{}^{\circ}F kondisi di mana larutan tersebut beku (dari cair ke padat).

Kemudian suhu 100\,{}^{\circ}F merupakan kondisi di mana larutan yang dimaksud mendidih (dari cair ke gas). Kemudian yang ketiga ada skala derajat \text{reamur} atau {}^{\circ}R, mirip seperti skala derajat \text{celcius}, di mana pada \text{reamur} titik beku air juga berada di nol, 0\,{}^{\circ}R.

Perbedaannya, pada \text{reamur} titik didih berada di 80\,{}^{\circ}R. Selain itu, ada juga satuan \text{kelvin} atau \text{K}, tunggu..., kok gak disebutin derajatnya juga? Jadi gini, satua ini merupakan satuan yang sifatnya mutlak, kalau ketiga skala lainnya bisa didefinisikan suhu pada negatif.

Pada satuan \text{kelvin} suhu terendah berada di 0\,\text{K}, dan penentuannya bukan berdasarkan pada zat, ataupun larutan tertentu, namun berkaitan dengan energi.

Termometer

Diantara kalian mungkin ada yang "iseng" terpikirkan, bagaimana kita mengukur suhu? Alat yang bernama termometer adalah jawabannya. Ada banyak macam, jenis-jenis termometer, salah satunya adalah termometer air raksa. Cara penggunaannya cukup mudah.

Misal kita mau mengukur suhu air, maka kita celupkan termometer tersebut, kemudian kita perhatikan kenaikan level air raksanya. Mungkin kita gak akan terlalu fokus pada bagaimana kita menggunaka alat ukur ini.

Yang menjadi perhatian kita kali ini, yaitu bagaimana ketika kita mempunyai informasi suhu pada skala tertentu, kemudian kita ingin mengetahui suhu tersebut pada skala, ataupun satuan suhu lainnya. Intinya bagaimana keempat skala diatas saling berhubungan.

Konversi Suhu

Cara yang paling sederhana untuk melakukan konversi suhu, yaitu kita melihat grafik perbandingan antara kedua suhu, misal yang pertama kita ingin mengkonversi suhu dari \text{celcius} menjadi \text{fahrenheit}.

Karena titik beku air pada skala \text{celcius} berada di 0\,{}^{\circ}C, sedangkan \text{fahrenheit} berada di 32\,{}^{\circ}F, dan untuk titik didih air, pada skala \text{celcius} berada di 100\,{}^{\circ}C , sedangkan \text{fahrenheit} berada di 212\,{}^{\circ}F

Maka kita dapat menggambarkan grafiknya seperti berikut.

Grafik perbandingan fahrenheit dengan celcius

Setelah itu, kita dapat mencari persamaan garis pada perbandingan tersebut dengan rumus

\frac{y-y_1}{x-x_1}=\frac{y_2-y_1}{x_2-x_1}

Jika x kita anggap sebagai \text{celcius}, dan y dianggap sebagai \text{fahrenheit}. Maka titik pertama (x_1,y_1) adalah (0,32), dan titik kedua (x_2, y_2) adalah (100,212), maka persamaan garisnya adalah

\frac{F-32}{C-0}=\frac{212-32}{100-0}
\frac{F-32}{C}=\frac{180}{100}
C=\frac{100}{180}(F-32) .

Konversi dari \text{celcius} menjadi \text{fahrenheit} yaitu

F=32+\frac{9}{5}C

, sedangkan sebaliknya, yakni F\to C

C=\frac{5}{9}(F-32) .

Dengan ide bahwa hubungan dari keempat suhu ini linear, maka dengan konsep yang sama kita juga dapat mengetahui hubungan dengan keempat skala tersebut. Tentunya kita perlu mengetahui acuannya terlebih dahulu, dan dalam hal ini paling enak kita gunakan titik didih dan bekunya air.

Contoh lainnya, misal kita ingin konversi dari \text{celcius} ke \text{kelvin}. Titik didih pada masing-masing skala yaitu 100\,{}^{\circ}C dan 373\,K, sedangkan titik bekunya yaitu 0\,{}^{\circ}C dan 273\,K.

Grafik perbandingan kelvin dengan celcius

Misal x merepresentasikann \text{celcius}, sedangkan y merepresentasikan \text{kelvin} dengan titik 1 sebagai (0,273) dan titik 2 sebagai (100,373). Dengan konsep yang sama, maka didapat

\frac{K-273}{C-0} = \frac{373-100}{273-0}
\frac{K-273}{C} = \frac{273}{273}
\frac{K-273}{C} = 1 .

Konversi dari \text{celcius} menjadi \text{kelvin} yaitu

K = C + 273

, untuk sebaliknya, yakni K\to C

C = K-273 .

Dengan demikian dengan konsep yang sama, hubungan keempat skala tersebut kita rangkum sebagai berikut.

Konversi dari \text{celcius} menjadi \text{reamur}

R = \frac{4}{5}C

, untuk sebaliknya R\to C

C = \frac{5}{4}R .

Konversi dari \text{fahrenheit} menjadi \text{kelvin}

K = 273 + \frac{5}{9}(F - 32)

, untuk sebaliknya K\to F

F = 32 + \frac{9}{5}(K - 273) .

Konversi dari \text{fahrenheit} menjadi \text{reamur}

R = \frac{4}{9}(F-32)

, untuk sebaliknya R\to F

F = 32 + \frac{9}{4}R .

Konversi dari \text{kelvin} menjadi \text{reamur}

R = \frac{4}{5}(K-273)

, untuk sebaliknya R\to K

K = 273 + \frac{5}{4}R .
Label
< Materi SebelumnyaRangkaian Listrik
Search icon