Mengapa ilmuwan lebih menyukai skala Kelvin daripada skala Celcius atau fahrenheit

KALOR DAN PERPINDAHAN KALOR

A. Suhu dan Pemuaian1. TermometerSuhu merupakan derajat panas atau dinginnya suatu benda. suhu termasuk kedalam besaran skalar. Alat untuk mengukur suhu dinamakan termometer. Sifat termometrik zat adalah sifat-sifat zat yang berubah jika dipanaskan, misalnya volume zat cair, panjang logam, hambatan listrik seutas kawat platina, tekanan gas pada volume tetap, dan warna pijar (filamen) lampu.a. Beberapa Jenis TermometerTermometer yang paling umum digunakan untuk mengukur suhu dalam keseharian adalah termometer yang terbuat dari kaca dan diisi dengan zat cair. Yang tergolong termometerzat cair adalah termometer klinis, termometer dinding, dan termometer maksimum/minimum. Selain termometer zat cair, jenis-jenis termometer lainnya adalah termometer bimetal, termometer hambatan, termokopel, termometer gas, dan pirometer. b. Kalibrasi TermometerKalibrasi termometer adalah kegiatan menetapkan skala sebuah termometer yang belum memililki skala. Suhu termasuk besaran pokok dalam fisika. Oleh karena itu, suhu mempunyai standar. Standar untuk suhu disebut titik tetap. Ada dua titik tetap yaitu titik tetap bawah dan titik tetap atas. Pada kenyataannya, suhu yang diketahui tetap adalah suhu pada waktu benda mengalami perubahan wujud. Untuk pengukuran suhu yang tidak begitu tinggi digunakan titik lebur es sebagai titik tetap bawah dan titik didih air sebagai titik tetap atas. Menurut termometer yang banyak digunakan saat ini, titik tetap bawah adalah titik lebur es murni dan ditandai dengan angka 0. Alasan menyebut es murni karena ketidakmurnian es ( misalnya bercampur dengan air garam) akan menyebabkan titik lebur es lebih rendah ( dibawah nol). Titik tetap atas adalah suhu uap diatas air yang sedang mendidih pada tekanan 1 atm dan ditandai dengan angka 100. Alasan menyebut tekanan dalam 1 atm adalah karena titik didih air sangat dipengaruhi oleh tekanan udara diatas permukaan air. Skala yang ditetapkan berdasarkan titik lebur es dan titik didih air disebut skala celcius. c. Hubungan Panjang Kolom Raksa dan Bacaan Suhu

Panjang kolom raksa dalam pipa kaca menentukan bacaan suhu yang ditunjukkan termometer. grafik pada gambar 1 menunjukkan bagaimana kolom raksa X berubah terhadap bacaan suhu dalam skala celcius. Perhatikan, hubngan antara X dan suhu adalah linier.

Jika X menyatakan panjang kolom raksa pada suhu sembarang yang tidak diketahui, X0 dan X100 masing-masing menyatakan panjang kolom raksa pada titik lebur es (00C) dan titik didih air (1000C), suhu sembarang dapat dirumuskan Hubungan Suhu dan Panjang Kolom Raksa

d. Skala KelvinSkala Kelvin (simbol: K) adalah skala suhu di mana nol absolut didefinisikan sebagai 0 K. Satuan untuk skala Kelvin adalah kelvin (lambang K), dan merupakan salah satu dari tujuh unit dasar SI. Satuan kelvin didefinisikan oleh dua fakta: nol kelvin adalah nol absolut (ketika gerakan molekuler berhenti, dalam termodinamika), dan satu kelvin adalah pecahan 1/273,16 dari suhu termodinamik triple point air (0,01C). Skala suhu Celsius kini didefinisikan berdasarkan kelvin.

Para ilmuan lebih menyukai skala kelvin karena skala ini tidak dikalibrasi berdasarkan titik lebur es dan titik didih air, tetapi dikalibrasi berdasarkan batasan energi yang dimiliki oleh benda itu sendiri. Olelh karena itu, para ilmuan menetapkan satuan SI untuk suhu adalah kelvin. Skala Kelvin disebut juga skala termoodinamik atau skala mutlak. e. Skala FahrenheitSkala Fahreheit adalah salah satu skala suhu selain Celsius dan Kelvin. Nama Fahrenheit diambil dari ilmuwan Jerman yang bernama Gabriel Fahrenheit (1686-1736). Skala ini dikemukakan pada tahun 1724. Dalam skala ini, titik beku air adalah 32 derajat Fahrenheit (ditulis 32F) dan titik didih air adalah 212 derajat Fahrenheit. Negatif 40 derajat Fahreheit sama dengan negatif 40 derajat Celsius. Skala Fahrenheit banyak digunakan di Amerika Serikat.

2. Pemuaiana. Pengertian pemuaianPemuaian adalah bertambahnya ukuran suatu benda karena pengaruh perubahan suhu atau bertambahnya ukuran suatu benda karena menerima kalor. Pemuaian terjadi pada 3 zat yaitu pemuaian pada zat padat, pada zat cair, dan pada zat gas. Pemuaian pada zat padat ada 3 jenis yaitu pemuaian panjang (untuk satu demensi), pemuaian luas (dua dimensi) dan pemuaian volume (untuk tiga dimensi). Sedangkan pada zat cair dan zat gas hanya terjadi pemuaian volume saja, khusus pada zat gas biasanya diambil nilai koofisien muai volumenya sama dengan 1/273.b. Macam-macam pemuaianb.1 Pemuaian Zat Padat Pemuaian PanjangPernahkah kamu mengamati kabel jaringan listrik pada pagi hari dan siang hari? Kabel jaringan akan tampak kencang pada pagi hari dan tampak kendor pada siang hari. Kabel tersebut mengalami pemuaian panjang akibat terkena panas sinar matahari. Alat yang digunakan untuk menyelidiki pemuaian panjang berbagai jenis zat padat adalah musschenbroek. Pemuaian panjang suatu benda dipengaruhi oleh panjang mula-mula benda, besar kenaikan suhu, dan tergantung dari jenis benda.

Gambar 4. Alat MusschenbroekBesarnya panjang logam setelah dipanaskan adalah sebesar

Besarnya panjang zat padat untuk setiap kenaikan 1C pada zat sepanjang 1 m disebut koefisien muai panjang (). Hubungan antara panjang benda, suhu, dan koefisien muai panjang dinyatakan dengan persamaan

Keterangan:L = Panjang akhir (m)L0 = Panjang mula-mula (m)L = Pertambahan panjang (m) = Koefisien muai panjang (/C)t = kenaikan suhu (C)

Beberapa Koefisien Muai Panjang Benda

Pemuaian LuasJika yang dipanaskan adalah suatu lempeng atau plat tipis maka plat tersebut akan mengalami pemuaian pada panjang dan lebarnya. Dengan demikian lempeng akan mengalami pemuaian luas atau pemuaian bidang. Pertambahan luas zat padat untuk setiap kenaikan 1C pada zat seluas 1 m^2 disebut koefisien muai luas (). Hubungan antara luas benda, pertambahan luas suhu, dan koefisien muai luas suatu zat adalah

Keterangan:A = Luas akhir (m2)0 = Pertambahan luas (m2)A0 = Luas mula-mula (m2) = Koefisien muai luas zat (/ C)t = Kenaikan suhu (C)

Besarnya dapat dinyatakan dalam persamaan berikut.

Pemuaian VolumeJika suatu balok mula-mula memiliki panjang P0, lebar L0, dan tinggi h0 dipanaskan hingga suhunya bertambah t, maka berdasarkan pada pemikiran muai panjang dan luas diperoleh harga volume balok tersebut sebesar

Dimana,

Keterangan:V = Volume akhir (m^3)V0 = Volume mula-mula (m^3)V = Pertambahan volume (m^3) = Koefisien muai volume (/C)t = Kenaikan suhu (C)

b.2 Pemuaian Zat CairPada zat cair tidak melibatkan muai panjang ataupun muai luas, tetapi hanya dikenal muai ruang atau muai volume saja. Semakin tinggi suhu yang diberikan pada zat cair itu maka semakin besar muai volumenya. Pemuaian zat cair untuk masing-masing jenis zat cair berbeda-beda, akibatnya walaupun mula-mula volume zat cair sama tetapi setelah dipanaskan volumenya menjadi berbeda-beda. Pemuaian volume zat cair terkait dengan pemuaian tekanan karena peningkatan suhu. Titik pertemuan antara wujud cair, padat dan gas disebut titik tripel.

Anomali Air Khusus untuk air, pada kenaikan suhu dari 0 C sampai 4 C volumenya tidak bertambah, akan tetapi justru menyusut. Pengecualian ini disebut dengan anomali air. Oleh karena itu, pada suhu 4C air mempunyai volume terendah. Hubungan volume dengan suhu pada air dapat digambarkan pada grafik berikut.

Pada suhu 4C, air menempati posisi terkecil sehingga pada suhu itu air memiliki massa jenis terbesar. Jadi air bila suhunya dinaikkan dari 0C 4C akan menyusut, dan bila suhunya dinaikkan dari 4C ke atas akan memuai. Biasanya pada setiap benda bila suhunya bertambah pasti mengalami pemuaian. Peristiwa yang terjadi pada air itu disebut anomali air. Hal yang sama juga terjadi pada bismuth dengan suhu yang berbeda.

b.3 Pemuaian GasMungkin kamu pernah menyaksikan mobil atau motor yang sedang melaju di jalan tiba-tiba bannya meletus?. Ban mobil tersebut meletus karena terjadi pemuaian udara atau gas di dalam ban. Pemuaian tersebut terjadi karena adanya kenaikan suhu udara di ban mobil akibat gesekan roda dengan aspal.

Pemuaian pada gas adalah pemuaian volume yang dirumuskan sebagai

adalah koefisien muai volume. Nilai sama untuk semua gas, yaitu 1/273 C^-1

Pemuaian gas dibedakan tiga macam, yaitu:a. pemuaian gas pada suhu tetap (isotermal),b. pemuaian gas pada tekanan tetap (isobar), danc. pemuaian gas pada volume tetap (isokhorik).

1. Pemuaian Gas pada Suhu Tetap (Isotermal)Pernahkah kalian memompa ban dengan pompa manual. Apa yang kalian rasakan ketika baru pertama kali menekan pompa tersebut? Apa yang kalian rasakan ketika kalian menekannya lebih jauh? Awalnya mungkin terasa ringan. Namun, lama kelamaan menjadi berat. Hal ini karena ketika kita menekan pompa, itu berarti volume gas tersebut mengecil. Pemuaian gas pada suhu tetap berlaku hukum Boyle, yaitu gas di dalam ruang tertutup yang suhunya dijaga tetap, maka hasil kali tekanan dan volume gas adalah tetap. Dirumuskan sebagai:

Keterangan:P = tekanan gas (atm)V = volume gas (L)

2. Pemuaian Gas pada Tekanan Tetap (Isobar)Pemuaian gas pada tekanan tetap berlaku hukum Gay Lussac, yaitu gas di dalam ruang tertutup dengan tekanan dijaga tetap, maka volume gas sebanding dengan suhu mutlak gas. Dalam bentuk persamaan dapat dituliskan sebagai:

Keterangan:V = volume (L)T = suhu (K)

3. Pemuaian Gas Pada Volume Tetap (Isokhorik)Pemuaian gas pada volume tetap berlaku hukum Boyle-Gay Lussac, yaitu jika volume gas di dalam ruang tertutup dijaga tetap, maka tekanan gas sebanding dengan suhu mutlaknya. Hukum Boyle-Gay Lussac dirumuskan sebagai

Dengan menggabungkan hukum boyle dan hukum Gay Lussac diperoleh persamaan

Keterangan:P = tekanan (atm)V = volume (L)T = suhu (K)

B. KALOR DAN PERUBAHAN WUJUD

1. Pengertian Kalor dan Perbedaannya dengan suhuSe

SKALA Kelvin (simbol: K) adalah skala suhu di mana nol absolut didefinisikan sebagai 0 K. Satuan untuk skala Kelvin adalah kelvin (lambang K), dan merupakan salah satu dari tujuh unit dasar Satuan Internasional (SI). Satuan kelvin didefinisikan oleh dua fakta: nol kelvin adalah nol absolut (ketika gerakan molekuler berhenti, dalam termodinamika), dan satu kelvin adalah pecahan 1/273,16 dari suhu termodinamik triple point air (0,01°C).

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.

Kelvin dinamakan berdasarkan seorang fisikawan dan matematikawan Britania, Lord Kelvin. Lahir pada 26 June 1824 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.

Ayah William Thomson, James Thompson, adalah seorang guru matematika dan teknik di Royal Belfast Lembaga Academical dan anak seorang petani. James Thomson menikah Margaret Gardner pada tahun 1817 dan, dari anak-anak mereka, empat anak laki-laki dan dua anak perempuan. Margaret Thomson meninggal pada tahun 1830 ketika William berusia enam tahun.

Thomson memiliki masalah jantung dan hampir meninggal ketika ia berusia 9 tahun. Dia menghadiri Royal Belfast Academical Institution, di mana ayahnya adalah seorang profesor di departemen universitas, sebelum memulai belajar di Universitas Glasgow pada tahun 1834 pada usia 10 tahun.

Di Universitas Glasgow ia melakukan pekerjaan penting dalam analisis matematika listrik dan perumusan hukum pertama dan kedua termodinamika, dan berbuat banyak untuk menyatukan disiplin yang muncul dari fisika dalam bentuk modern.

Dia bekerja sama dengan profesor matematika Hugh Blackburn dalam karyanya. Dia juga memiliki karir sebagai seorang insinyur telegraf listrik dan penemu, yang mendorong dia ke mata publik dan memastikan kekayaannya, ketenaran dan kehormatan. Untuk karyanya pada proyek telegraf transatlantik ia gelar oleh Ratu Victoria, menjadi Sir William Thomson. Dia memiliki kepentingan maritim yang luas dan paling terkenal karena karyanya pada kompas pelaut, yang sebelumnya telah dibatasi dalam kehandalan.

Selalu aktif dalam penelitian dan pengembangan industri, ia direkrut sekitar 1899 oleh George Eastman untuk melayani sebagai wakil ketua dewan dari perusahaan Inggris Kodak Limited, berafiliasi dengan Eastman Kodak.

Lord Kelvin akhirnya meninggal pada 17 Desember 1907 pada usia 65 tahun.

|sumber: en.wikipedia.org dan sumber lainnya