Benda-benda di sekitar kita banyak yang sangat terpengaruh oleh perubahan panas. Salah satu contohnya adalah panas dapat mengubah wujud zat, misalnya es yang terkena panas dapat berubah wujud menjadi air. Air diberi panas terus- menerus dapat berubah wujud menjadi uap air.

Bimetal apabila diberi panas akan melengkung. Logam-logam apabila diberi panas akan bertambah panjang dan sebagainya.

Secara sadar maupun tidak setiap hari kita selalu berhadapan dengan panas atau dinginnya sebuah benda, yang merasakan adalah indera peraba yang ada di kulit kita. Kulit kita juga dapat mendeteksi keadaan panas udara di sekitar kita. Apabila malam hari kulit kita merasakan dinginnya udara, sedangkan pada siang hari kulit kita merasakan adanya panas udara di sekitar kita.

Walaupun kulit kita dapat merasakan adanya perbedaan panas, tetapi saraf kita hanya mampu menahan perbedaan panas yang relatif kecil. Saraf kita akan segera mengalami kerusakan apabila menahan perbedaan panas yang relatif besar.

Untuk menghindari kerusakan saraf biasanya kita melakukan penyesuaian. Jika kita mengalami kedinginan yang sangat, maka kita akan segera menyesuaikannya dengan berbagai cara, misalnya menggunakan pakaian tebal, minum yang hangat atau memanaskan udara di sekitar kita.

Sebaliknya apabila kita mengalami kepanasan maka akan segera menyesuaikannya dengan cara mengurangi pakaian yang kita kenakan, memakai kipas angin, atau mendinginkan udara di sekitar kita menggunakan air conditioner (AC). Kalian tentunya dapat memprediksi, dapatkah tangan kita digunakan untuk mengukur suhu?

Pengertian dan Definisi Suhu

Kita sering salah mengartikan atau tidak tahu perbedaannya antara suhu dengan kalor/panas. Sebelum abad ke-17 banyak yang berpendapat bahwa kalor merupakan sebuah zat (benda) yang dapat mengalir atau dapat berpindah dari suatu benda ke benda yang lain, yaitu dengan cara mengalir dari benda yang suhunya tinggi ke benda yang bersuhu rendah jika kedua benda disentuhkan. Pendapat tersebut banyak ditentang oleh para ilmuwan, berdasarkan bukti-bukti empirik yang berhasil dikumpulkannya.

Sebelum memahami istilah-istilah yang berhubungan dengan suhu terlebih dahulu kita harus memahami pengertian zat. Definisi zat adalah sesuatu yang menempati ruang dan mempunyai massa. Kenyataannya adalah ketika benda diberi kalor (dari benda dingin menjadi benda panas) ternyata benda tersebut tidak bertambah massanya. Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa kalor bukan merupakah sebuah zat. Teori yang berkembang dan dipakai sampai sekarang adalah:

"Kalor merupakan bentuk dari sebuah energi"

Apabila tangan kita menyentuh es, maka akan terasa dingin karena es mempunyai suhu rendah. Jika tangan kita menyentuh air yang mendidih akan terasa panas karena air panas mempunyai suhu yang tinggi. Jadi:

"Suhu adalah keadaan panas dinginnya suatu benda atau derajat panas suatu benda"

Satuan suhu dalam Sistem Internasional (SI) adalah Kelvin (K), satuan suhu lainnya yang sering digunakan adalah celcius (0C), reamur (0R) dan fahrenheit (0F). Dalam kehidupan sehari-hari di negara kita menggunakan satuan 0C (derajat celcius), sedangkan beberapa negara Eropa, seperti Negara Inggris menggunakan satuan 0F (derajat fahrenheit).

Tangan atau indera peraba kita hanya dapat membedakan panas atau dinginnya suatu benda, tetapi sangat terpengaruh oleh kondisi sebelumnya (penyesuaian terhadap perubahan suhu tidak berlangsung cepat).

Apabila kalian perhatikanketika tangan kanan dimasukkan ke air hangat, tangan kanan terasa hangat. Sedangkan tangan kiri yang dimasukkan ke air es, tangan kiri terasa dingin tetapi ketika keduanya sama-sama dimasukkan ke air biasa tangan kanan dan tangan kiri tidak dapat merasakan hal yang sama.

Tangan dari ember hangat masuk ke air biasa terasa dingin, sedangkan tangan dari ember berisi es terasa lebih hangat. Hal tersebut membuktikan bahwa indera peraba manusia tidak dapat digunakan untuk mengukur suhu suatu benda dengan tepat.

Karena indera peraba tidak dapat digunakan untuk mengukur suhu dengan tepat maka dibuat alat yang diberi nama termometer. Termometer yang paling banyak digunakan adalah termometer zat cair.

"Termometer adalah alat untuk mengukur suhu (derajat panas) suatu benda"

Termometer

Bagian termometer zat cair terdiri dari:

  1. Pipa kaca kapiler
  2. Reservoir (tandon zat cair)
  3. Zat cair pengisi termometer
  4. Skala (batas atas dan batas bawah)
  5. Tabung kaca

Termometer bekerja berdasarkan pemuaian zat cair yang ada pada reservoir. Cara menggunakannya adalah dengan menyentuhkan reservoir pada benda yang akan diukur suhunya.

Apabila reservoir (tandon air raksa) bersentuhan dengan benda yang bersuhu panas, maka zat cair dalam reservoir akan memuai. Arah pemuaian zat cair dalam reservoir akan menuju jalur pipa kapiler yang diberi skala. Semakin tinggi suhu suatu benda maka zat pada pipa kapiler akan semakin tinggi.

Sebaliknya apabila reservoir bersentuhan dengan benda yang bersuhu rendah zat cair dalam reservoir akan menyusut, sehingga permukaan zat cair pada pipa kapiler yang diberi skala akan turun. Tinggi rendahnya suatu benda yang diukur suhunya dapat dilihat dari tinggi permukaan zat cair pada pipa kapiler.

Pada prinsipnya semua zat cair dapat digunakan untuk mengisi reservoir sebuah termometer. Hingga sekarang yang paling banyak digunakan untuk mengisi reservoir termometer adalah air raksa (Hydragyrum diberi simbol Hg).

Keunggulan air raksa dibandingkan dengan zat cair yang lain adalah:

  1. Dapat menyesuaikan panas dengan cepat.
  2. Range/jarak titik didih dan titik bekunya relatif panjang. Sehingga dapat digunakan untuk mengukur suhu rendah dan suhu tinggi. Titik didihnya 3750 C dan titik bekunya - 390 C.
  3. Tidak membasahi dinding kaca.
  4. Mudah dilihat karena mengkilap.
  5. Pemuaiannya teratur.

Untuk mengukur suhu benda yang lebih rendah dari - 390 C digunakan termometer alkohol. Karena alkohol membeku pada suhu - 1120 C tetapi termometer alkohol mempunyai kelemahan, alkohol titik didihnya relatif rendah yaitu 780 C, sehingga termometer alkohol tidak dapat digunakan untuk mengukur suhu di atas 780 C. Termometer air raksa mampu mengukur suhu lebih tinggi hingga 3750 C.

Untuk mengukur suhu di atas 3750 C digunakan termometer jenis lain, yaitu: termometer digital, termometer logam dan termometer optik (berdasarkan spektrum cahaya).

Pengukuran suhu menggunakan termometer optik tidak menyentuh benda secara langsung, karena pada umumnya benda terletak sangat jauh atau bendanya berpijar. Misalnya mengukur suhu bintang atau mengukur suhu pada tungku pengecoran logam. Spektrum berwarna biru lebih panas dibandingkan dengan spektrum berwarna merah.

Hasil scaner oleh termometer optik pada tanur peleburan besi, warna biru tua menunjukkan suhu yang paling tinggi, warna merah menunjukkan suhu yang lebih rendah.

Sifat termometrik adalah perubahan sifat zat (yang meliputi warna, volume, tekanan, daya hantar listrik) akibat perubahan suhu. Pada umumnya penambahan kalor yang menyebabkan perubahan suhu tejadi karena partikel-partikel benda bergetar semakin cepat akibatnya adalah spektrum warna berubah, volume dan tekanan bertambah besar.

Alat Ukur Suhu

Termometer zat cair bekerja berdasarkan pemuaian zat cair. Maka diperlukan zat cair yang mempunyai spesifikasi khusus, antara lain dikenai panas cepat memuai, jika panasnya berkurang mudah menyusut. Skala yang digunakan untuk mengetahui derajat panas benda yang diukur dibuat di antara pemuaian maksimal (titik tetap atas) dengan penyusutan maksimalnya (titik tetap bawah).

Untuk membuat skala termometer terlebih dahulu harus ditentukan titik tetap atas dan titik tetap bawahnya, kemudian ditentukan jumlah skalanya.

Pada termometer Celcius ditentukan sebagai berikut:

1. Titik tetap bawah yang digunakan adalah es yang sedang mencair (es yang sedang melebur) pada tekanan 1 atm. Titik tetap bawah diberi angka 0 (nol).

2. Titik tetap atas yang digunakan adalah air yang sedang mendidih pada tekanan 1 atm. Titik tetap atas diberi angka 100.

3. Antara angka 0 sampai 100 dibuat skala 100 masing-masing skala mewakili 10 C. Batas bawah dan batas atas yang digunakan pada termometer celcius adalah es yang sedang melebur dan air yang sedang mendidih, karena pada saat melebur atau mendidih sedang terjadi perubahan wujud zat. Pada saat perubahan wujud zat suhunya tidak mengalami perubahan (suhunya tetap).

Termometer Celcius

Berdasarkan ketentuan batas bawah dan batas atas dari suatu termometer, kita dapat menentukan skala termometer sesuai dengan keinginan kita dan dapat mengkonversikan ke dalam skala celcius atau skala termometer yang lain, misalnya untuk termometer celcius menggunakan 100 skala sedangkan termometer Reamur menggunakan 80 skala.

Konversi suhu termometer celcius dengan reamur perbandingannya adalah:

Rumus Reamur

Benda dengan suhu 500 C apabila diukur menggunakan termometer reamur suhunya adalah 400 R perhitungannya adalah:

Rumus Reamur

Di Indonesia pengukuran suhu yang dilakukan dalam kehidupan sehari-hari menggunakan satuan derajat celcius (0C). Negara Inggris dan beberapa negara Barat banyak yang menggunakan derajat fahrenheit (0F). Sedangkan untuk keperluan ilmu pengetahuan (Sistem Internasional) satuan suhu yang digunakan adalah Kelvin (K). Umumnya dituliskan empat jenis skala termometer, yaitu: celcius, reamur, fahrenheit dan kelvin.

Penetapan titik tetap atas dan titik tetap bawah sebagai berikut:

Penempatan Titik Tetap Atas Bawah Termometer Suhu

Dari data gambar di atas dapat ditulis dalam bentuk tabel sebagai berikut:

TermometerTitik tetap bawahTitik tetap atasJumlah skala
Celcius00C1000C100
Reamur00R800R80
Fahrenheit320F2120F180
Kelvin273 K373 K100

Perbandingan jumlah skalanya sebagai berikut:

Rumus Skala Suhu

Perubahan suhu dari celcius ke kelvin karena jumlah skalanya sama di tulis:

Rumus Skala Suhu

Keterangan:
tC : skala yang ditunjukkan termometer celcius (0C)
tR : skala yang ditunjukkan termometer reamur (0R)
tF : skala yang ditunjukkan termometer fahrenheit (0F)
T : skala yang ditunjukkan termometer kelvin (K)

Selain termometer-termometer di atas juga dibuat termometer khusus untuk keperluan tertentu. Penunjukan skalanya berdasarkan kebutuhan.

Termometer Badan dan Ruangan

Yang termasuk termometer khusus antara lain:

1. Termometer badan atau termometer klinis atau termometer demam
Digunakan untuk mengukur suhu tubuh manusia. Karena suhu tubuh manusia yang normal sebesar 370 C dan manusia masih bertahan hidup jika suhunya di atas 350 C dan di bawah 420 C maka skala termometer badan hanya berkisar antara 350 C sampai dengan 420 C.

2. Termometer ruangan, digunakan untuk mengetahui suhu kamar. Dibuat berdasarkan negara yang akan memakai. Di Indonesia yang daerah tropis suhu dibuat sekitar 270 C. sedangkan daerah yang mempunyai musim dingin akan dibuat sampai di bawah nol. biasanya berkisar antara -300 C sampai 500 C.

3. Termometer maksimum-minimum, digunakan untuk mengukur suhu maksimum dan minimum yang terjadi pada selang waktu tertentu (misalnya satu hari). termometer maksimum-minimum menggunakan dua jenis zat cair yaitu air raksa dan alkohol

Jenis-jenis termometer berdasarkan bahannya dibedakan sebagai berikut:

1. Termometer zat cair dalam gelas/kaca. Yang termasuk jenis ini adalah termometer berskala celcius, fahrenheit, reamur, kelvin, termometer badan, termometer ruangan dan termometer maksimum-minimum.

2. Termometer gas, terdiri dari bola kaca berisi gas yang dihubungkan dengan manometer. Prinsip kerjanya adalah apabila bola gas terkena panas maka gas di dalam tabung kaca akan memuai dan menekan zat cair (air raksa atau Hg) yang berada di dalam mano-meter. Kenaikan zat cair tersebut digunakan untuk mengetahui suhu di sekitar bola kaca.

Monometer

3. Termokopel, terdiri dari dua kawat logam yang membentuk rangkaian tertutup dan terhubung pada voltmeter untuk penunjukan skalanya. Ujung kawat pertama dicelupkan pada es sehingga suhunya tetap dan ujung yang satunya untuk menguji panas benda (misalnya tungku pe-manas). Dari kedua ujung kawat penghantar tersebut akan terjadi beda potensial yang dapat diukur menggunakan voltmeter.

4. Termometer hambatan listrik, logam mempunyai sifat jika suhunya naik maka hambatannya akan bertambah. Sifat inilah yang dapat digunakan untuk mengetahui kenaikan suhu benda. Untuk mengetahui besarnya kenaikan suhu kedua ujung logam dihubungkan dengan ohmmeter. Cara menggunakannya dengan menempelkan logam tersebut pada benda panas yang ingin diketahui suhunya. Hubungan antara hambatan sebelum dipanaskan (R0) dengan hambatan sesudah dikenai panas pada suhu t (Rt) adalah:

Rt = R0 ( 1 + α .Δt )

Keterangan:
Rt = hambatan pada suhu t (W)
R0 = hambatan mula-mula (W)
a = konastanta terhadap suhu pada logam
Δt = kenaikan suhu (0 C)