Suhu dan Perubahannya

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

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.

Celcius

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 yang dimaksud. Ada beberapa macam ukuran suhu, yang pertama yaitu dalam skala derajat celcius yang biasa dituliskan {}^{\circ}C.

Jadi suatu suhu tertentu dapat diwakilkan oleh suatu besaran seperti 20\,{}^{\circ}C, 33\,{}^{\circ}C, negatif pun bisa -5\,{}^{\circ}C), dan lainnya. Mungkin di antara 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 menandakan kondisi tertentu, yakni kondisi di mana air mengalami perubahan wujud, kalau kondisi ini air berubah dari cair menjadi gas (uap).

Fahrenheit

Yang kedua, yaitu skala derajat 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).

Reamur

Kemudian yang ketiga ada skala derajat 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.

Kelvin

Selain itu, ada juga satuan kelvin atau disingkat 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 ini, suhu terendah berada di 0\,\text{K}, dan penentuannya bukan berdasarkan pada zat, ataupun larutan tertentu ketika beku dan mendidih, melainkan berkaitan dengan energi panas yang dimiliki suatu benda.

Satuan ini bersifat mutlak, tidak bergantung pada zat yang sedang diukur suhunya. Maksudnya, kalau suatu zat ataupun larutan diukur menggunakan Kelvin, maka energi panas yang dimilikinya sama.

Hal ini berbeda dengan ketiga satuan sebelumnya, seperti contoh, energi panas dai air yang bersuhu 30 derajat celcius akan berbeda dengan minyak dengan temperatur yang sama.

Pada suhu 0 kelvin, suatu benda benar-benar dikatakan tidak mempunyai energi panas.

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 pun cukup mudah.

Cara Kerja

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 menggunakan alat ukur ini.

Kenaikan level cairan tersebut merupakan hasil dari sifat secara mikroskopik dari atom-atom penyusun air raksa. Ketika dipanaskan, jarak antar atom air raksa akan melebar sehingga volumenya meningkat.

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 Celcius menjadi Fahrenheit.

Celcius ke Fahrenheit dan Sebaliknya

Karena titik beku air pada skala Celcius berada di 0\,{}^{\circ}C, sedangkan 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 di bawah ini. Nah, sebenarnya untuk menggambar grafik tersebut cukup mudah, kalian bahkan bisa mengilustrasikannya sendiri, yakni menggunakan konsep persamaan garis lurus.

Grafik perbandingan fahrenheit dengan celcius

Setelah itu, kita dapat mencari persamaan garis pada perbandingan tersebut dengan rumus. Persamaan ini ditentukan sdemikian rupa sehingga garis yang dimodelkan melalui kedua titik beku dan didih dari kedua skala.

\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)

Persamaan konversi dari \text{celcius} menjadi \text{fahrenheit} tersebut lalu disederhanakan menjadi.

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

Sedangkan untuk melakukan konversi sebaliknya, yakni F\to C cukup mengubah wujud persamaannya menjadi.

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

Dengan ide bahwa hubungan dari keempat suhu ini linear, maka menggunakan 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.

Celcius ke Kelvin dan Sebaliknya

Konversi selanjutnya, 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

Dan untuk sebaliknya, yakni K\to C.

C = K-273

Dengan demikian, karena idenya bener-bener sama, hubungan keempat skala tersebut bisa kita ringkas sebagai berikut.

Celcius ke Reamur dan Sebaliknya

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

R = \frac{4}{5}C

Kemudian untuk konversi sebaliknya R\to C.

C = \frac{5}{4}R

Fahrenheit ke Kelvin dan Sebaliknya

Perlu diingat teman-teman, kalau acuannya air, maka pada kedua skala harus merupakan menunjukkan nilai untuk zat yang sama. Dengan itu, 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)

Fahrenheit ke Reamur dan Sebaliknya

Perubahan dari skala \text{fahrenheit} menjadi \text{reamur}.

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

Lalu untuk sebaliknya R\to F

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

Kelvin ke Reamur dan Sebaliknya

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

Komentar

Search icon