Menjelajahi Dunia Panas dan Dingin: Suhu dan Perubahannya

Halo para pembaca setia blog IPA! Hari ini, mari kita selami dunia yang penuh dengan panas dan dingin, yaitu suhu dan perubahannya. Topik ini merupakan salah satu materi penting dalam ilmu pengetahuan alam (IPA) yang akan mengantarkan kita untuk memahami berbagai fenomena menarik di sekitar kita.

Apa itu Suhu?

Suhu sebuah benda adalah tingkat (derajat) panas suatu benda. Benda yang panas mempunyai derajat panas lebih tinggi daripada benda yang dingin. Hasil menunjukkan bahwa indra perasa memang dapat merasakan tingkat panas benda. Akan tetapi, indra perasa bukan pengukur tingkat panas yang andal. Benda yang tingkat panasnya sama dirasakan berbeda oleh tangan kanan dan kirimu. Jadi, suhu benda yang diukur dengan indra perasa menghasilkan ukuran suhu kualitatif yang tidak dapat dipakai sebagai acuan. Suhu harus diukur secara kuantitatif dengan alat ukur suhu yang disebut termometer. Suhu merupakan ukuran tingkat panas atau dingin suatu benda. Semakin cepat mereka menari, semakin tinggi suhunya. Sebaliknya, semakin lambat gerakan mereka, semakin rendah suhunya.

1. Jenis-Jenis Termometer

a. Termometer Zat Cair

Secara umum, benda-benda di alam akan memuai (ukurannya bertambah besar) jika suhunya naik. Kenyataan ini dimanfaatkan untuk membuat termometer dari zat cair. Cairan terletak pada tabung kapiler dari kaca yang memiliki bagian penyimpan (reservoir/labu). Zat cair yang digunakan umumnya raksa atau alkohol jenis terter yang memiliki keistimewaan, yaitu warnanya mengkilat dan cepat bereaksi ternadap perubahan suhu. Selain itu, raksa membeku pada suhu rendah (-38°C) dan mendidih pada suhu yang tinggi (lebih dari 350°C) sehingga dapat mengukur suhu pada rentang suhu yang lebar. Namun, raksa sangat beracun, sehingga berbahaya jika termometer pecah.  Alkohol untuk pengisi termometer biasanya diberi pewarna biru atau merah. Rentang suhu yang dapat diukur bergantung jenis alkohol yang digunakan, contohnya:

• Toluen, dengan rentang-90°C hingga 100°C

• Ethyl alcohol, dengan rentang-110°C hingga 100°C

1) Termometer laboratorium, yaitu termometer yang bentuknya panjang dengan skala dari-10°C sampai 110°C menggunakan raksa atau alkohol.

2) Termometer suhu badan, termometer yang digunakan untuk mengukur suhu badan manusia. Skala yang ditulis antara 35°C dan 42°C. Pipa di bagian bawah dekat labu dibuat sempit sehingga pengukuran lebih teliti akibat raksa tidak segera turun ke labu/ reservoir. 

 

b. Termometer Bimetal

Termometer bimetal merupakan alat pengukur suhu yang memanfaatkan prinsip pemuaian dan penyusutan logam untuk menunjukkan perubahan temperatur. Alat ini terdiri dari dua strip logam tipis yang berbeda koefisien muai panjangnya, direkatkan menjadi satu. Biasanya, bahan yang digunakan adalah besi dan tembaga. Ketika suhu naik, logam dengan koefisien muai yang lebih besar (seperti tembaga) akan memuai lebih cepat dibandingkan logam lainnya (seperti besi). Hal ini menyebabkan bimetal melengkung ke arah logam yang menyusut (besi). Lengkungan bimetal ini terhubung dengan jarum penunjuk pada skala. Semakin besar lengkungan, semakin tinggi pula suhu yang ditunjukkan.

 

c. Termometer Kristal Cair

Termometer kristal cair, juga dikenal sebagai termometer LCD (Liquid Crystal Display), adalah alat pengukur suhu yang memanfaatkan sifat unik kristal cair untuk menunjukkan perubahan temperatur. Kristal cair adalah senyawa organik yang memiliki sifat antara cairan dan padat. Senyawa ini memiliki struktur molekul yang dapat berubah bentuk saat terkena panas, menghasilkan perubahan warna yang khas. Termometer kristal cair terdiri dari kapsul kecil yang berisi campuran kristal cair dengan titik leleh yang berbeda-beda. Saat suhu berubah, kristal cair di dalam kapsul akan meleleh dan berubah warna. Setiap titik leleh kristal cair menghasilkan warna yang berbeda, sehingga menciptakan gradasi warna yang menunjukkan rentang suhu. Skala warna yang jelas dan mudah dibaca memungkinkan pengguna untuk dengan cepat menentukan suhu.

2. Skala Suhu 

• Skala Celcius (°C): Skala Celcius adalah salah satu skala suhu yang paling umum digunakan di dunia. Dibuat oleh Anders Celsius pada tahun 1742, skala ini menetapkan titik beku air sebagai 0°C dan titik didih air sebagai 100°C. Skala ini banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari, sains, dan teknik.
• Skala Fahrenheit (°F): Skala Fahrenheit dikembangkan oleh Gabriel Fahrenheit pada tahun 1717. Skala ini menetapkan titik beku air sebagai 32°F dan titik didih air sebagai 212°F. Skala ini masih digunakan di Amerika Serikat, Bahama, dan Cayman Islands.
• Skala Kelvin (K): Skala Kelvin adalah skala suhu termodinamika yang didasarkan pada nol mutlak, yaitu suhu terendah yang secara teoritis dapat dicapai. Nol mutlak setara dengan -273,15°C pada skala Celcius. Skala ini banyak digunakan dalam sains dan teknik.
• Skala Réaumur (°Ré): Skala Réaumur dikembangkan oleh René Antoine Ferchault de Réaumur pada tahun 1730. Skala ini menetapkan titik beku air sebagai 0°Ré dan titik didih air sebagai 80°Ré. Skala ini jarang digunakan saat ini.

3. Perubahan Suhu

Suhu suatu benda bagaikan penari yang selalu bergerak, mengikuti irama kalor. Kalor adalah energi panas yang berpindah dari benda yang lebih panas ke benda yang lebih dingin. Bayangkan dua penari, satu berpakaian merah (benda panas) dan satu berpakaian biru (benda dingin). Ketika mereka berdansa bersama, energi panas dari penari merah berpindah ke penari biru, membuat penari biru merasa lebih hangat dan penari merah merasa lebih dingin.

4. Penyerapan Kalor

Saat benda menyerap kalor, partikel-partikel penyusunnya bergerak lebih cepat, sehingga suhunya meningkat. Bayangkan penari biru yang menerima energi panas dari penari merah. Gerakan penari biru menjadi lebih lincah dan bersemangat, seperti partikel-partikel penyusun benda yang bergerak lebih cepat.

5. Pelepasan Kalor

Saat benda melepaskan kalor, partikel-partikel penyusunnya bergerak lebih lambat, sehingga suhunya menurun. Bayangkan penari merah yang melepaskan energi panas ke penari biru. Gerakan penari merah menjadi lebih lambat dan tenang, seperti partikel-partikel penyusun benda yang bergerak lebih lambat. 

6. Perubahan Wujud

Suhu benda juga dapat meningkat atau menurun ketika mengalami perubahan wujud, seperti:

• Mencair: Suhu meningkat saat benda padat berubah menjadi cair. Bayangkan es yang mencair menjadi air. Partikel-partikel penyusun es yang kaku dan rapat mulai bergerak lebih bebas dan saling berjauhan saat berubah menjadi air. Suhu es pun meningkat.
• Membeku: Suhu menurun saat benda cair berubah menjadi padat. Bayangkan air yang membeku menjadi es. Partikel-partikel penyusun air yang bergerak bebas mulai melambat dan saling mendekat saat berubah menjadi es. Suhu air pun menurun.
• Menguap: Suhu meningkat saat benda cair berubah menjadi gas. Bayangkan air yang menguap menjadi uap air. Partikel-partikel penyusun air yang bergerak bebas mendapatkan energi panas yang cukup untuk terlepas dari ikatan antar partikel dan berubah menjadi uap air. Suhu air pun meningkat.
• Mengembun: Suhu menurun saat benda gas berubah menjadi cair. Bayangkan uap air yang mengembun menjadi air. Partikel-partikel penyusun uap air yang bergerak bebas kehilangan energi panas dan mulai saling mendekat, membentuk kembali ikatan antar partikel dan berubah menjadi air. Suhu uap air pun menurun.
  
  

7. Faktor-faktor yang Mempengaruhi Perpindahan Kalor

• Perbedaan suhu: Semakin besar perbedaan suhu antara dua benda, semakin cepat perpindahan kalor. Bayangkan penari merah dan biru yang memiliki perbedaan suhu besar. Energi panas dari penari merah akan berpindah ke penari biru dengan lebih cepat.
• Konduktivitas termal: Setiap bahan memiliki konduktivitas termal yang berbeda, yaitu kemampuan untuk menghantarkan kalor. Bahan dengan konduktivitas termal tinggi (seperti logam) akan menghantarkan kalor lebih cepat dibandingkan bahan dengan konduktivitas termal rendah (seperti kayu). Bayangkan penari merah yang terbuat dari logam dan penari biru yang terbuat dari kayu. Energi panas dari penari merah akan berpindah ke penari biru lebih cepat dibandingkan jika penari biru terbuat dari kayu.
• Luas permukaan: Semakin besar luas permukaan benda yang bersentuhan, semakin cepat perpindahan kalor. Bayangkan penari merah dan biru yang memiliki luas permukaan besar saat bersentuhan. Energi panas dari penari merah akan berpindah ke penari biru dengan lebih cepat dibandingkan jika luas permukaan mereka kecil.
• Media perpindahan: Kalor dapat berpindah melalui tiga media, yaitu konduksi (sentuhan langsung), konveksi (aliran fluida), dan radiasi (gelombang elektromagnetik). Bayangkan penari merah dan biru yang berdansa di atas air. Energi panas dari penari merah dapat berpindah ke penari biru melalui konduksi (sentuhan langsung), konveksi (aliran air), dan radiasi (gelombang panas yang dipancarkan).

8. Dampak Perubahan Suhu

Perubahan suhu dapat memengaruhi banyak hal di sekitar kita, seperti:

• Perubahan cuaca: Suhu bumi yang terus meningkat menyebabkan perubahan iklim dan cuaca ekstrem.
• Perubahan metabolisme tubuh: Suhu tubuh manusia yang ideal sekitar 37°C. Ketika suhu tubuh terlalu tinggi atau terlalu rendah, metabolisme tubuh akan terganggu.
• Perubahan sifat bahan: Sifat bahan seperti kelarutan, viskositas, dan konduktivitas listrik dapat berubah dengan perubahan suhu.

 

Share: