makalah hukum ke nol termodinamika dan termometri
Post on 18-Jan-2016
423 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kami panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa,
atas segala limpahan rahmat dan hidayah-Nya sehingga kami dapat
menyelesaikan penyusunan makalah ini sebagai tugas mata kuliah
Termodinamika. Kami telah menyusun makalah ini dengan sebaik-baiknya
dan semaksimal mungkin.
Namun tentunya sebagai manusia biasa tidak luput dari kesalahan
dan kekurangan. Harapan kami, semoga bisa menjadi koreksi di masa
mendatang agar lebih baik lagi dari sebelumnya. Tak lupa ucapan terima
kasih kami sampaikan kepada teman – teman atas masukkannya,
dorongan dan saran yang telah diberikan kepada kami.
Dan ucapan terima kasih kepada Bapak Apit Fathurohman, S.Pd.,
M.Si sebagai dosen mata kuliah Termodinamika FKIP Universitas
Sriwijaya yang telah memberikan waktu kepada kami untuk
menyelesaikan makalah ini. Sehingga kami dapat menyusun dan
menyelesaikan makalah ini tepat pada waktunya dan insya Allah sesuai
dengan yang kami harapkan. Dan kami ucapkan terima kasih pula kepada
rekan – rekan dan semua pihak yang terkait dalam penyusunan makalah
ini. Mudah – mudahan makalah ini bisa memberikan sumbangan
pemikiran sekaligus pengetahuan bagi kita semuanya.
Palembang, 17 Januari 2015
Penulis
i | P a g e
DAFTAR ISI
BAB I...........................................................................................................1
PENDAHULUAN.........................................................................................1
1.1 LATAR BELAKANG.......................................................................1
1.2 Rumusan Masalah.........................................................................2
1.3 Tujuan............................................................................................2
1.4 Manfaat..........................................................................................2
BAB II..........................................................................................................4
PEMBAHASAN...........................................................................................4
2.1 Sejarah Perkembangan Hukum ke-0 Termodinamika.......................4
2.2 Kesetimbangan Termal......................................................................5
2.3 Hukum ke-0 Termodinamika..............................................................5
2.4 Termometri......................................................................................10
Termometer gas volume konstan.......................................................11
Termokopel........................................................................................13
Termometer Batang...........................................................................14
2.4.1 Syarat – syarat Termometri.......................................................14
2.4.2 Pengukuran Temperatur...........................................................16
2.5 Aplikasi Hukum ke-0 Termodinamika dalam Kehidupan Sehari – hari
...............................................................................................................17
2.5 Teknologi yang Terkait dengan Konsep Hukum ke-0 Termodinamika
...............................................................................................................20
BAB III.......................................................................................................22
PENUTUP.................................................................................................22
ii | P a g e
3.1 KESIMPULAN..................................................................................22
3.2 SARAN............................................................................................23
Contoh soal dan Pembahasan..................................................................24
LATIHAN SOAL DAN PEMBAHASAN......................................................26
SOAL EVALUASI......................................................................................28
DAFTAR PUSTAKA..................................................................................30
iii | P a g e
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 LATAR BELAKANG
Salah satu cabang fisika dan teknik adalah Termodinamika yaitu
ilmu yang mempelajari aplikasi dari energy panas (termal) yang lebih
dikenal sebagai energy dalam (internal energy) system. Salah satu
konsep utama dari termodinamika adalah temperatur (atau suhu) yang
akan kita bahas pada bagian selanjutnya. Semenjak kecil, kita telah
mengembangkan pengetahuan kita mengenai energy panas dan
temperature. Sebagai contoh, kita telah mengetahui sejak kecil bahwa
kita harus berhati-hati dengan makanan yang panas dan bagaimana
mengontrol temperatur di dalam rumah dan mobil, dan bagaimana
melindungi diri kita dari dinginnya angin serta panasnya matahari.
Contoh bagaimana termodinamika diterapkan dalam kehidupan
sains dan teknik sehari-hari sangat tak terbatas. Insinyur mesin (mobil)
mencari teknik pencegahan overheating mesin mobil khususnya untuk
lomba seperti NASCAR. Insinyur teknologi pangan mendalami cara-
cara memanaskan makanan yang baik seperti pemanggangan pizza
juga pendingin makanan yang baik. Insinyur geologi mendalami
bagaimana transfer energy panas pada bencana El Nino dan
bagaimana pencairan es di Kutub Utara dan Kutub Selatan. Insinyur
pertanian mendalami kondisi cuaca yang menentukan sukses atau
gagalnya panenan petani.
Titik awal pembahasan makalah ini mengenai Termodinamika
adalah konsep Hukum ke-0 Termodinamika, Temperatur, Termometri,
serta penerapan atau aplikasi Hukum k-0 Termodinamika agar dapat
memahami teori Termodinamika dengan lebih baik.
1 | P a g e
1.2 Rumusan Masalah
Dalam makalah ini rumusan masalahnya adalah sebagai berikut :
1. Bagaimana sejarah dirumuskannya Hukum ke-0 Termodinamika ?
2. Jelaskan bagaimana konsep Kesetimbangan Termal ?
3. Jelaskan bagaimana konsep Hukum ke-0 Termodinamika ?
4. Jelaskan bagaimana konsep Termometri ?
5. Bagaimana aplikasi Hukum ke-0 Termodinamika dalam kehidupan
sehari-hari ?
6. Apa saja teknologi yang terkait dengan konsep Hukum ke-0
Termodinamika ?
1.3 Tujuan
Penyusunan makalah yang berjudul “Hukum ke-0 Termodinamika dan
Termometri” ini bertujuan sebagai berikut :
1. Mahasiswa dapat mengetahui sejarah Hukum ke-0 Termodinamika
2. Mahasiswa dapat mendeskripsikan konsep mengenai
Kesetimbangan Termal
3. Mahasiswa dapat mendeskripsikan konsep mengenai Hukum ke-0
Termodinamika
4. Mahasiswa dapat menjelaskan konsep mengenai Termometri
5. Mahasiswa dapat memberikan contoh aplikasi dan penerapan
Hukum ke-0 Termodinamika dalam kehidupan sehari-hari
6. Mahasiswa dapat memberikan contoh teknologi yang terkait
dengan konsep Hukum ke-0 Termodinamika
1.4 Manfaat
Manfaat dari penyusunan makalah ini yaitu :
1. Dapat mempermudah mahasiswa dalam mengetahui sejarah
dirumuskannya Hukum ke-0 Termodinamika
2 | P a g e
2. Dapat memperjelas mahasiswa dalam memahami konsep
mengenai Kesetimbangan Termal
3. Dapat memperjelas pengetahuan mahasiswa mengenai konsep
Hukum ke-0 Termodinamika
4. Dapat memberikan pemahaman kepada mahasiswa mengenai
konsep Termometri
5. Dapat menjelaskan kepada mahasiswa kegunaan Hukum ke-0
Termodinamika dalam kehidupan sehari-hari
6. Dapat member informasi kepada mahasiswa mengenai Teknologi
yang terkait dengan Konsep Hukum ke-0 Termodinamika
3 | P a g e
BAB II
PEMBAHASAN
2.1 Sejarah Perkembangan Hukum ke-0 TermodinamikaPada dasarnya, termodinamika adalah ilmu yang mempelajari
tentang panas sebagai energy yang mengalir. Oleh karena itu, sejarah
berkembangnya ilmu termodinamika berawal sejak manusia mulai
“memikirkan” tentang panas. Orang yang pertama kali melakukannya
adalah Aristoteles (350 SM). Dia mengatakan bahwa panas adalah bagian
dari materi atau materi tersusun dari panas.
Penalaran yang dilakukan oleh Aristoteles diteruskan oleh Galileo
Galilei (1593) yang menganggap bahwa panas adalah sesuatu yang dapat
diukur dengan penemuannya berupa thermometer air. Beberapa abad
setelahnya Sir Humphrey Davy dan Count Rumford (1799) menegaskan
bahwa panas adalah sesuatu yang mengalir. Kesimpulan ini mendukung
prinsip kerja thermometer, tapi membantah pernyataan Aristoteles.
Seharusnya Hukum ke-0 Termodinamika dirumuskan saat itu, tapi karena
termodinamika belum berkembang sebagai ilmu, maka belum terpikirkan
oleh para ilmuwan.
“Dua system dalam keadaan setimbang dengan system ketiga, maka
ketiganya dalam saling setimbang satu dengan lainnya”.
4 | P a g e
Penalaran Aristoteles yang diteruskan oleh Galileo Galilei
2.2 Kesetimbangan TermalSuatu campuran gas yang dinyatakan dalam komposisi, massa,
tekanan, dan volum, dari percobaan ditemukan bahwa untuk komposisi
dan massa konstan, harga volum dan tekanan system dapat berbeda-
beda. Jika tekanan dibuat tetap, volumnya dapat diubah-ubah demikian
pula sebaliknya. Sehingga dapat dikatakan tekanan dan volum merupakan
koordinat bebas. Jadi untuk system dan massa tetap dan komposisi tetap
masing-masing hanya memerlukan sepasang koordinat bebas. Jadi
system akan memcapai keaadan kesetimbangan apabila system memiliki
sepasang koordinat bebas yang konstan selama kondisi eksternal tidak
berubah. Kesetimbangan termal dapat dicapai apabila suhu pada setiap
titik pada seluruh system adalah seragam dan sama dengan suhu
lingkungan. Misalkan terdapat dua benda A dan B, benda A terasa dingin
oleh tangan dan benda B terasa panas oleh tangan. Apabila kedua benda
tersebut disentuhkan, pada keduanya akan terjadi perubahan sifat. Pada
suatu saat tidak terjadi lagi perubahan sifat tersebut maka A dan B
dikatakan mencapai kesetimbangan termal. Sifat yang berubah ini disebut
suhu. Jadi kita dapat mengatakan bahwa benda A dan B mempunyai
suhu yang sama.
“Bila dua system satu sama lain berada dalam kesetimbangan termal,
suhu kedua system tersebut adalah sama”.
2.3 Hukum ke-0 TermodinamikaSifat dari suatu benda berubah ketika kita mengubah
temperaturnya, misalnya dengan memindahkan benda tersebut dari
kulkas ke open. Seperti beberapa contoh nyata: sejalan dengan
peningkatan suhu, volume dari suatu cairan akan meningkat, batang
logam mengalami pertambahan panjang, dan hambatan listrik dari kawar
meningkat, seperti halnya tekanan yang diberikan oleh gas. Kita dapat
menggunakan salah satu dari sifat – sifat sebagai dasar instrumen yang
akan membantu kita mempelajari konsep dari suhu.
5 | P a g e
Gambar diatas menunjukkan salah satu instrument pengukur.
Setiap insinyur dapat mendesain dan membuat instrument tersebut
dengan menggunakan salah satu dari sifat yang tercantum diatas.
Instrumen ini dilengkapi dengan tampilan pembacaan (umpamanya,
dengan Bunsen burner), nomor yang ditampilkan mulai meningkat, jika
Anda kemudian memasukkannya ke dalam kulkas, nomor yang
ditampilkan mulai menurun. Instrumen ini tidak dikalibrasikan dengan cara
apapun, dan nilai yang ditampilkan belum memiliki pengertian fisis.
Perangkat tersebut adalah termoskop tapi tidak (belum) digolongkan
sebagai thermometer.
6 | P a g e
Sebuah termoskop. Nilai akan meningkat ketika perangkat dipanaskan dan menurun ketika didinginkan
Anggaplah, seperti yang ditampilkan pada gambar di atas, kita
menempatkan termoskop (yang akan kita sebut benda T) pada situasi
kontak secara langsung dengan benda lain (benda A). Seluruh system
terkurung dalam kotak isolasi berdinding tebal. Angka-angka yang
ditampilkan oleh termoskop akan terus berubah, hingga akhirnya angka
tersebut mencapai titik stabilnya (mari kita anggap angka yang terbaca
adalah “137,04”) dan tidak ada perubahan lebih lanjut terjadi. Dan kita
menganggap bahwa setiap pengukuran benda T dan benda A telah stabil
atau tidak berubah. Lalu dapat kita katakana bahwa dua benda berada
dalam kesetimbangan panas satu sama lain. Meskipun pembacaan untuk
benda T belum dikalibrasi, kita dapat menyimpulkan bahwa benda T dan
benda A pasti berada pada suhu (tidak diketahui) yang sama.
Selanjutnya kita misalkan benda T untuk mengalami kontak
langsung dengan benda B (gambar diatas) dan kita temukan bahwa
7 | P a g e
Keterangan Gambar :
(a) Benda T (termoskop) dan benda A berada dalam kesetimbangan termal. (benda S adalah isolasi termal).
(b) Benda T dan B juga dalam kesetimbangan termal, nilai dibaca sama oleh termoskop tersebut.
(c) Jika (a) dan (b) memiliki nilai yang sama, Hukum Termodinamika ke-0 menyatakan bahwa benda A dan B juga dalam kesetimbangan termal.
kedua benda berada pada kesetimbangan termal yang sama pada
pembacaan termoskop. Dan pastinya benda T dan benda B berada pada
suhu (masih belum diketahui) yang sama. Jika kita sekarang
menempatkan benda A dan B ke untuk mengalami kontak langsung
(gambar diatas), apakah kedua benda tersebut akan langsung mengalami
ksetimbangan termal satu sama lain? Dalam eksperimen, kita
menemukan bahwa kedua benda mengalami kesetimbangan.
Fakta eksperimen yang ditunjukkan pada gambar disamping
tercakup dalam Hukum ke-0 Termodinamika :
Dalam bahasa yang sederhana, maksud dari hokum ke – nol
adalah : “setiap benda memiliki property yang disebut temperature.
Ketika dua benda berada dalam kesetimbangan termal, temperatur
mereka adalah sama. Dan sebaliknya.” Sehingga kami sekarang dapat
membuat termoskop kita (benda T sebagai benda ketiga) sebagai
thermometer yang dipercaya bahwa pembacaanya akan memiliki makna
fisis. Yang harus kita lakukan adalah mengkalibrasi alat tersebut.
Kita menggunakan Hukum ke-0 Termodinamika terus menerus di
laboratorium. Jika kita ingin mengetahui apakah cairan dalam dua gelas
berada pada suhu yang sama, maka kita dapat mengukur suhu masing –
masing dengan termometer. Kita tidak perlu membawa cairan dalam gelas
untuk berkontak secara langsung dan selanjutnya hanya perlu mengamati
apakah mereka dalam keadaan kesetimbangan termal atau tidak.
Hukum ke-0 Termodinamika pada tahun 1930-an, jauh setelah
hukum pertama dan kedua termodinamika dan dinomori. Karena konsep
temperatur adalah dasar kedua hukum, maka hukum yang menetapkan
8 | P a g e
Jika benda A dan B masing – masing dalam kesetimbangan termal dengan benda ketiga yaitu T, maka A dan B berada dalam kesetimbangan termal satu sama lain.
suhu sebagai konsep yang valid harus memiliki nomor terendah sehingga
diberi nomor nol.
Dari pandangan mikroskopik, temperature merupakan
pengejawantahan kegiatan molekul. Peningkatan temperature akan diikiti
oleh peningkatan serentak pada energy kinetic molekul tersebut. Apabila
dua system gas ideal berada dalam kesetimbangan termal, energy kinetic
rerata (average) molekul akan sama untuk kedua system ini.
Temperature dapat diukur hanya dengan metode tak langsung.
Umumnya kalor dipindahkan ke suatu instrumen seperti benda C, dan
perubahan akibat temperature pada sejumlah sifat atau tanggapan
(response) C diukur. Suatu sifat yang berubah nilainya sebagai fungsi
temperature disebut sifat termometrik. Contoh – contoh sifat termometrik
termasuk panjang kolam cairan dalam suatu bumbung kapiler yang
dihubungkan dengan bola. Tekanan gas bermassa tetap yang
dipertahankan pada volume konstan, volume gas bermassa tetap yang
dipertahankan pada tekanan konstan, tahanan listrik kawat logam pada
tekanan atmosfer, dan medan elektromagnetik termokopel.
Dalam membuat skala temperatur, suatu bilangan sembarang
ditetapkan untuk menyajikan satu titik tetap dan temperatur lain
dinyatakan dengan titik tetap ini sebagai acuan. Pada tahun 1954, Kelvin
menyatakan bahwa suatu titik tetap, seperti titik triple air (es, air cair, dan
uap muncul bersama dalam kesetimbangan), sudah cukup untuk
menentukan dasar skala temperature mutlak. Titik tetap ini telah dipakai
pada 1954 oleh Konferensi Internasional Kesepuluh tentang Bobot dan
Ukuran karena ketelitian yang tinggi yang dapat ditentukan dengan titik
tetap ini, dan nilainya telah ditetapkan pada 273,16 K. Sebelumnya, kedua
titik tetap yang menentukan skala temperature ialah titik es, yang
merupakan cair es pada tekanan atmosfer standard an temperature ini
9 | P a g e
0,01°C di bawah titik tripel, dan titik uap yang merupakan temperatur titik
didih air pada tekanan atmosfer standar.
2.4 TermometriTemperature perlu ditentukan secara kuantitatif dan penentuan
atau cara penentuan ini disebut termometri. Pada taraf pertama, secara
langsung kita dapat merasakan ukuran temperature melalui panca-indera.
Kita mengenal bahwa ukuran temperature adalah suatu besaran
scalar dan besaran ini dapat berubah – ubah. Kita mengetahui juga bahwa
zat atau zat – zat yang berlainan temperaturnya bila dicampur, akhirnya
jika tidak terganggu, akan mencapai suatu keadaan keseimbangan yakni
mempunyai suatu ukuran temperature yang sama yang terletak di antara
kedua ukuran temperature semula. Selanjutnya dapat diketahui pula
bahwa perubahan temperatur dari suatu benda atau zat mengubah fisis
atau sifat fisis serta dimensi dari benda atau zat tersebut. Sifat ini dapat
dipergunakan untuk menentukan ukuran temperatur secara tidak
langsung. Alat untuk mengukur temperatur ini disebut termometer.
Cara yang paling sederhana untuk menentukan suhu sejumlah
system adalah memilih salah satu system sebagai indicator
kesetimbangan termal antara system ini dengan system – system lainnya.
System yang dipilih ini disebut thermometer.
Kualitas dari sebuah thermometer ditentukan oleh kepekaannya,
ketelitiannya, dan keterulangannya (dapat diperbanyak) serta
kecepatanya mencapai kesetimbangan termal dengan system lainnya.
Nama Termometer Sifat Termometrik
Gas volume konstan Tekanan
Termokopel tegangan mekanis
tetap
Elektromotansi termal
Hambatan listrik tegangan tetap Daya hambat tetap
Uap helium jenuh Tekanan
10 | P a g e
Garam paramagnetic Suseptibiltas magnetic
Radiasi benda hitam Emitansi radian
Termometer semikonduktor Tegangan atau arus listrik
Termometer LCD Beda potensial
Pirometer radiasi Radiasi
Termometer gas volume konstan
Di antara sifat termometrik yang digunakan dalam
pengukuran suhu adalah tekanan gas dijaga pada volume
konstan. Thermometer gas volume konstan atau thermometer
gas ideal yaitu :
Thermometer ini terutama dipakai di lembaga standard an
lembaga riset universitas. Thermometer ini biasanya besar dan
lambat mencapai kesetimbangan termalnya. Thermometer
terdiri dari sebuah tabung yang dapat terbuat dari gelas,
porselen, kuarsa, platinum, atau platinum iridium dan
manometer raksa. Keduanya dihubungkan dengan pipa kapiler.
Tabung C diisi gas, umumnya hydrogen atau helium
ditempatkan pada system yang akan diukur suhunya. Pipa A
dinaikkan atau diturunkan hingga raksa pada pipa B berada
11 | P a g e
Termometer dengan sifat termometriknya
pada tanda yang diberikan. Tinggi kolom cairan y sebanding
dengan tekanan tolok gas dalam bola gelas. Tinggi y akan
berubah bila tekanan gas dalam bola gelas berubah.
Dari suatu percobaan yang dilakukan pada gambar diatas,
kita lihat bahwa semua gas pada suhu tertentu memberikan
nilai pv yang sama ketika tekanannya sangat rendah yang
ditunjukkan pada gambar dibawah ini. Oleh karenanya besaran
pv dapat digunakan sebagai sifat termometrik untuk mengukur
suhu, tak peduli apapun gasnya. Pada tekanan yang sangat
rendah, pv berubah secara linier terhadap T. Artinya, pada
thermometer gas volume konstan, tak peduli sifat gasnya,
semua thermometer gas mendekati pembacaan yang sama
ketika tekanan gasnya mendekati nol.
Apabila thermometer dikontakkan pada system yang hendak
diukur suhunya dan kemudian dikontakkan pada system acuan,
persamaanya berlaku dan diperoleh :
12 | P a g e
Pembacaan thermometer gas volume konstan untuk mengatur pengembunan uap air dan benda yang sedang diuji.
T (K) = 273,16 pp tp
ptp adalah tekanan mutlak pada saat thermometer dalam
keadaan kesetimbangan dengan titim triple air.
Apabila thermometer ini diisi gas 3He tekanan rendah, suhu
gas ideal yang dapat diukur adalah sekitar 5K.
Termokopel
Thermometer kedua yang banyak digunakan di laboratorium
riset dan rekayasa adalah termokopel. Thermometer ini terdiri
dari hubungan dua logam atau logam campuran. Dalam praktik
dua termokopel tak serupa disambung bersama pada satu
ujung untuk membentuk hubungan uji dan disambung pada
ujung dua lainnya dengan kawat tembaga untuk dihubungkan
ke potensiometer seperti gambar dibawah ini. Selama
pemakaian, hubungan dengan kawat tembaga dijaga pada
suhu acuan yang diketahui.
Termometer Batang
13 | P a g e
(a) Thermometer besi-konstantan untuk mengindera perbedaan suhu antara hubungan acuan dengan hubungan uji
(b) Thermometer gelas berisi cairan
Thermometer ini merupakan thermometer yang paling
dikenal namun kurang akurat. Thermometer ini terdiri dari
bole berdinding sangat tipis dihubungkan dengan pipa
kapiler yang berisi cairan raksa atau alcohol. Panjang kolom
cairan dalam kapiler merupakan sifat termometrik. Nilai suhu
ditunjukkan oleh panjang kolom cairan yang dihitung dari titik
yang dipilih sekehendak.
2.4.1 Syarat – syarat TermometriUntuk mengukur temperatur suatu benda dapat digunakan zat yang
sifat fisisnya (thermometric property-nya) dapat berubah karena
perubahan temperatur. Diharapkan perubahan sifat fisis ini semaksimal
mungkin dapat menunjukkan perubahan-perubahan temperatur yang
sekecil mungkin. Oleh sebab itu, dalam pengukuran temperatur
(termometri) dengan menggunakan perubahan sifat fisis suatu zat
diperlukan syarat-syarat termometri sebagai berikut.
1. Zat yang digunakan,
2. Sifat fisis zat (thermometric property), dan
3. Tingkatan kuantitatif yang menyatakan besar kecilnya temperatur.
Ketiga syarat termometri ini saling kait mengait sulit untuk
dipisahkan. Sifat fisis tergantung pada zat yang digunakan, sedangkan
batas-batas ukuran kuantitatif yang dapat dicapai termometer bergantung
kepada zat dan sifat fisis zat yang digunakan. Oleh sebab itu, dalam
pembuatan termometer harus diperhatikan ketiga syarat termometri
tersebut. Adapun zat yang sering digunakan dalam pengukuran
temperatur (termometri) antara lain:
1. zat padat, misalnya: platina dan alumel.
2. zat cair, misalnya: airraksa (raksa) dan alkohol.
3. zat gas, misalnya: udara, zat air, dan zat lemas.
14 | P a g e
Sifat-sifat fisis zat yang sering digunakan dalam pengukuran
temperatur (termometri) antara lain:
1. perubahan volume gas.
2. perubahan tekanan gas.
3. perubahan panjang kolom cairan.
4. perubahan harga hambatan listrik atau hambatan jenis.
5. perubahan gaya gerak listrik.
6. perubahan harga kuat arus listrik.
7. perubahan intensitas cahaya karena perubahan temperatur.
8. perubahan warna zat.
9. perubahan panjang dua logam yang berlainan jenisnya.
Tingkatan yang menyatakan besar kecilnya temperatur ditunjukkan
oleh nilai atau harga temperatur. Penentuan harga ini harus dapat
direproduksi, artinya, jika temperatur dari suatu keadaan sudah
dinyatakan dalam suatu harga, misalnya 500C, maka setiap kali kita
memperoleh harga itu, keadaan sesungguhnya harus tepat sama dengan
keadaan semula atau sebaliknya.
Dalam pengukuran temperatur ada korespondensi timbal balik
antara keadaan temperatur dan angka atau harga temperatur itu serta
keajegan penunjukkannya. Untuk ini diperlukan suatu patokan yang tetap.
Dengan patokan harga yang tetap, pengertian tentang patokan itu sendiri,
dan perkembangan ilmu yang mendasarinya, maka timbul bermacam-
macam jenis termometer, timbul berbagai macam derajat temperatur, dan
masalah-masalah lainnya yang berkaitan dengan pengukuran temperatur.
Oleh sebab itu, akan dibahas tentang jenis-jenis termometer, derajat
temperatur, dan skala temperatur.
2.4.2 Pengukuran Temperatur
15 | P a g e
Kita pertama kali mendefinisikan dan mengukur suhu pada skala
Kelvin. Kemudian kita mengkalibrasi termoskop untuk membuat jadi
thermometer.
Titik Tripel Air
Untuk mengatur skala suhu, kita pilih beberapa fenomena termal
dan menetapkan suhu Kelvin tertentu sebagai lingkungannya. Artinya, kita
memilih titik tetap standar dan memberikan titik temperature standar. Kita
bisa memilih antara titik beku atau titik didih air, tetapi, karena alasan
teknis, kita memilih titik triple air.
Air dalam bentuk cair, es padat, dan uap air (gas) dapat
berdampingan dalam kesetimbangan termal hanya pada satu set nilai
tekanan dan suhu. Gambar dibawah ini, menunjukkan sel triple-point,
dimana tuga titik dapat ia buktikkan dari percobaan dalam laboratorium.
Sesuai dengan perjanjian internasional, titik triple air ditentukan pada nilai
273,16 K sebagai suhu titik standar untuk kalibrasi thermometer, yaitu
Dimana subskrip tiga berarti “tiga titik”. Persetujuan ini juga
menetapkan ukuran Kelvin sebagai perbedaan antara nol mutlak dari titik
triple suhu air sebesar 1/273,16.
Perhatikan bahwa kita tidak menggunakan tanda derajat dalam
penyajian data menggunakan suhu Kelvin (bukan 300°K), dan dibaca
“300 Kelvin” (bukan “300 derajat Kelvin”). Aturan SI-pun berlaku dalam hal
ini. Jadi 0,0035 K sebanding dengan 35mK. Tidak ada perbedaan
penyebutan yang dibuat antara suhu Kelvin dan perbedaan suhu,
sehingga kita dapat menulis, “titik didih belerang adalah 717,8 K” dan
“suhu air mandi ini dinaikkan sampai sebesar 8,5 K”.
16 | P a g e
T3 = 273,16 K (titik triple temperature)
Dalam sistem satuan internasional telah disepakati, bahwa titik
acuan untuk temperatur adalah temperatur tripel air. Temperatur tripel air
adalah temperatur air murni yang berada dalam keadaan setimbang
termal dengan es dan uap air jenuhnya. Temperatur ini berharga 273,16 K
(Kelvin) dan dapat direalisasikan dengan menggunakan sel tripel.
Jika T = temperatur yang hendak diketahui, X = harga
Thermometric Property pada temperatur yang hendak diukur, T1 =
temperatur acuan yang dipilih, dan X1 = harga Thermometric Property
pada temperatur acuan atau temperatur yang dipilih, maka dengan
menggunakan temperatur titik tripel dapat diperoleh persamaan:
2.5 Aplikasi Hukum ke-0 Termodinamika dalam Kehidupan Sehari –
hari
17 | P a g e
T = 273,16 (X / X1) K (Kelvin)
Hukum ke nol termodinamika berhubungan dengan kesetimbangan
termal antara benda benda yang saling bersentuhan. Untuk memahami
konsep keseimbangan termal secara lebih mendalam, mari kita tinjau 3
benda (sebut saja benda A, benda B dan benda C). Benda C bisa
dianggap sebagai termometer. Misalnya benda A dan benda B tidak saling
bersentuhan, tetapi benda A dan benda B bersentuhan dengan benda C.
Karena bersentuhan, maka setelah beberapa saat benda A dan benda C
berada dalam keseimbangan termal. Demikian juga benda B dan benda C
berada dalam keseimbangan termal. benda A dan benda B juga berada
dalam keseimbangan termal, sekalipun keduanya tidak bersentuhan.
Benda A dan benda C berada dalam keseimbangan termal, berarti suhu
benda A = suhu benda C. Benda B dan benda C juga berada dalam
keseimbangan termal (suhu benda B = suhu benda C). Karena A = C dan
B = C, maka A = B. Berdasarkan hasil percobaan, ternyata benda A dan
benda B juga berada dalam keseimbangan termal. Dalam hal ini, suhu
benda A = suhu benda B. Jadi walaupun benda A dan benda B tidak
bersentuhan, tapi karena keduanya bersentuhan dengan benda C, maka
benda A dan benda B juga berada dalam keseimbangan termal. Hukum
ke nol berbunyi “Jika dua benda berada dalam keseimbangan termal
dengan benda ketiga, maka ketiga benda tersebut berada dalam
keseimbangan termal satu sama lain.”
Dalam kehidupan sehari hari hukum ke nol ini banyakan ditemukan
atau di gunakan. Seperti pada saat kita memasukkan es batu kedalam air
hangat, yang terjadi yaitu es batu akan mencair (suhu es meningkat) dan
suhu air hangat menjadi turun, kemudian lama kelamaan es nya mencair
semua dan tinggalah air dingin. Air dingin ini menunjukkan campuran
antara es batu dan air hangat yang bersuhu sama atau kata lainnya sudah
masuk dalam keadaan kesetimbangan termal.contoh lainnya yaitu pada
saat kita memasak air didalam panci, benda pertama panci dan benda
18 | P a g e
kedua air. Panci dibakar dengan api sehingga temperaturnya berubah. Air
yang bersentuhan dengan panci juga temperaturnya naik dan akhirnya air
mendidih.
Aplikasi lainnya yaitu pengukuran termperatur. Pengukuran
temperatur ini berdasarkan prinsip hukum termodinamika ke nol. Jika kita
ingin mengetahui apakah dua benda memiliki temperatur yang sama,
maka kedua benda tersebut tidak perlu disentuhakan dan diamati
perubahan sifatnya. Yang perlu dilakukana adalah mengamati apakah
kedua benda tersebut mengalami kesetimbangan termal dengan benda
ketiga. Benda ketiga tersebut adalah termometer. Biasanya yang
digunakan dalam termometer adalah benda yang mempunyai sifat
termometrik yaitu benda apapun yang memiliki sedikitnya satu sifat yang
berubah terhadap perubahan temperatur. Termometer yang sering kita
jumpai adalah termometer kaca. Termometer kaca terdiri dari pipa kaca
kapiler yang berhubungan dengan bola kaca yang berisi cairan air raksa
atau alkohol. Ruang di atas cairan berisi uap cairan atau gas inert. Saat
temperatur meningkat, volume cairan bertambah sehinggan panjang
cairan dalam pipa kapiler bertambah. Panjang cairan dalam pipa kapiler
bergantung pada temperatur cairan. Jenis termometer lainnya yaitu
termometer volume gas tetap yang memiliki ketelitian dan keakuratan
yang sangat tinggi, sehingga digunakan sebagai instrumen standart untuk
pengkalibrasian termometer lainnya. Termometer ini menggunakan gas
sebagai senyawa termometrik (umumnya hidrogen dan helium), dengan
memanfaatkan sifat termometrik berupa tekanan yang dihasilkan gas.
Tekanan yang dihasilkan diukur menggunakan manometer air raksa
tabung terbuka. Ketika temperatur meningkat, gas memuai sehingga
mendorong air raksa dalam tabung terbuka ke atas. Volume gas
dipertahankan tetap dengan menaikkan dan menurunkan reservoir.
Deteksi temperatur lainnya yang luas digunakan adalah termokopel.
Termokopel bekerja berdasarkan prinsip apabila ada dua buah metal dari
19 | P a g e
jenis yang berbeda dilekatkan, maka dalam rangkaian tersebut akan
dihasilkan gaya gerak listrik yang besarnya bergantung terhadap
temperatur. Dari semua contoh termometer yang telah disebutkan, pada
dasarnya prinsipnya sama yaitu ketika termometer menyetuh benda
dengan suhu tertentu maka akan terjadi kesetimbangan termal yang
ditunjukkan oleh termometer berupa pemuaian pada termomter kaca,
perubahan tekanan pada termometer gas tetap, dan gaya gerak listrik
pada termokopel.
2.5 Teknologi yang Terkait dengan Konsep Hukum ke-0 Termodinamika
Teknologi yang terkait dengan konsep Hukum ke-0 Termodinamika
yaitu :
Penerapan termodinamika secara teknik (dalam perencanaan) yaitu :
- Refrigerasi dan Pengkondisian Udara
- Pembangkit Daya Listrik
- Motor Bakar
- Sistem pemanasan surya
- Pesawat Terbang
- Dan sebagainya
Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Uap :
Energi kimia atau energi nuklir dikonversikan menjadi energi termal
dalam ketel uap atau reaktor nuklir. Energi ini dilepaskan ke air, yang
berubah menjadi uap. Energi uap ini digunakan untuk menggerakkan
turbin uap, dan energi mekanis yang dihasilkan digunakan untuk meng-
gerakkan generator untuk menghasilkan daya listrik.
Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Air :
20 | P a g e
Energi potensial air dikonversikan menjadi energi mekanis melalui
penggunaan turbin air. Energi mekanis ini kemudian dikonversikan lagi
Menjadi energi listrik oleh generator listrik yang disambungkan pada poros
turbinnya.
Motor pembakaran dalam
Energi kimiawi bahan bakar dikonversikan menjadi kerja mekanis.
Campuran udarabahanbakar dimampatkan dan pembakaran dilakukan
oleh busi. Ekspansi gas hasil pembakaran mendorong piston, yang
menghasilkan putaran pada poros engkol.
21 | P a g e
BAB III
PENUTUP
3.1 KESIMPULAN1. Termodinamika adalah ilmu yang mempelajari tentang panas
sebagai energy yang mengalir
2. Hukum ke-0 Termodinamika berbunyi “Jika benda A dan B masing
– masing dalam kesetimbangan termal dengan benda ketiga yaitu T,
maka A dan B berada dalam kesetimbangan termal satu sama lain”.
3. Temperature perlu ditentukan secara kuantitatif dan penentuan atau
cara penentuan ini disebut termometri.
4. Syarat – syarat termometri yaitu :
1. Zat yang digunakan,
2. Sifat fisis zat (thermometric property), dan
3.Tingkatan kuantitatif yang menyatakan besar kecilnya
temperatur.
5. Dalam kehidupan sehari hari hukum ke nol ini banyakan ditemukan
atau di gunakan. Seperti pada saat kita memasukkan es batu kedalam
air hangat, yang terjadi yaitu es batu akan mencair (suhu es
meningkat) dan suhu air hangat menjadi turun, kemudian lama
kelamaan es nya mencair semua dan tinggalah air dingin. Air dingin
ini menunjukkan campuran antara es batu dan air hangat yang
bersuhu sama atau kata lainnya sudah masuk dalam keadaan
kesetimbangan termal.
6. Teknologi yang terkait dengan Hukum ke-0 Termodinamika yaitu :
1. system pembangkit listrik tenaga uap
2. system pembangkit listrik tenaga air
3. motor pembakar dalam
22 | P a g e
3.2 SARAN
1. Menerapkan teori dan konsep tentang Hukum ke-0 Termodinamika
2. Memahami konsep tentang Termometri dan cara pengukuran
temperature
3. Meningkatkan penerapan konsep Hukum ke-0 Termodinamika dalam
kehidupan sehari-hari
4. Meningkatkan pengetahuan tentang teknologi yang terkait dengan
Hukum ke-0 Termodinamika
23 | P a g e
Contoh soal dan Pembahasan
1. Misalkan anda menemukan di suatu catatan ilmiah tua
penggambaran skala suhu yang disebut Z di mana titik didih
air adalah 65,0°Z dan titik beku adalah -14,0°Z. Pada suhu
berapakah suhu yang sebanding dengan T = -98,0°Z untuk
suhu pada skala Fahrenheit ? Asumsikan bahwa skala Z
adalah linier yaitu nilai derajat Z adalah sama di semua titik
pada skala Z.
Pembahasan :
Suhu T dalam skala suhu yang telah dikenal sebelumnya
pada skala Z. Karena nilai T = -98,0°Z lebih dekat ke titik
beku (-14,0°Z) daripada titik didih (65,0°Z) maka kita akan
menggunakan titik beku sebagai acuan. Kemudian kita
perhatikan bahwa nilai T di bawah titik oleh -14,0°Z – (-
98,0°Z) = 84,0°Z. Dikarenakan T berada di bawah titik beku
yaitu 84,0°Z maka T juga harus berada dibawah titik beku
sebesar :
(84,0°Z) 180 ° F79,0° Z
= 191°F
2. Misalkan ucok membuat sebuah thermometer yang disebut
dengan thermometer X. Pada thermometer ini air membeku
pada 0°X dan air mendidih pada 150°X. Bagaimanakah
hubungan thermometer ini dengan thermometer dalam skala
celcius ?
Pembahasan :
Pada thermometer X, rentang temperature yang dimilikinya,
yakni dari 0°X - 150°X sehingga skala pada thermometer ini
dibagi dalam 150 skala. Perbandingan antara thermometer X
dan thermometer celcius, yakni :
( C – 0 ) / 100 = ( X – 0 ) / 150
24 | P a g e
T°C = ( 100 / 150 ) T°X = (2/3) T°X
3. Sebuah thermometer X setelah ditera dengan thermometer
celcius di dapat 40°C = 80°x dan 20°C = 50°x. Jika suhu
benda 80°C, maka berapa °x suhu benda tersebut ?
Pembahasan :
Diketahui : 40°C = 80°x
20°C = 50°x
Ditanya : 80°C = ….. °x
Jawab :
(80 – 40) / (80 – 20) = (tx – 80) / (tx – 50)
40 / 60 = (tx – 80) / (tx – 50)
4tx – 200 = 6tx – 480
2tx = 280
Tx = 140
Jadi, 80°C = 140°x
25 | P a g e
LATIHAN SOAL DAN PEMBAHASAN
1. Suhu sebuah benda 80°C nyatakan suhu benda tersebut
dalam derajat reamur dan derajat Fahrenheit.
Pembahasan :
Diketahui : t = 80°C
Ditanya : a). °R = …. ?
b). °F = ….. ?
Jawab :
a). C : R = 5 : 480 : R = 5 : 4
5 R = 320
R = 64°R
Jadi, 80°C = 64°R
b). C : (F – 32) = 5 : 980 : (F – 32) = 5 : 9
5 (F – 32) = 720
5F – 160 = 720
5F = 880
F = 176
Jadi, 80°C = 176°F
2. Sebuah benda memiliki suhu 40 °R, berapa suhu tersebut
jika dinyatakan ke dalam derajat Celsius, kelvin, dan
Fahranhaet?
Pembahasan :
Termometer X mempunyai 200 skala (diukur dari titik beku
air ke titik didih air)
tX = 50
Termometer Celcius mempunyai 100 skala
Penyelesaian :
Gunakan angka pembagi 20 dari skala termometer tersebut
26 | P a g e
termometer X = 200 skala dibagi 20 = 10 (bagian)
termometer C = 100 skala dibagi 20 = 5 (bagian)
Untuk menentukan konversi satuan suhu dari termometer
yang berbeda menggunakan cara sbb:
Bagian skala termometer yang akan dicari suhunya dibagi
bagian termometer yang diketahui suhunya dikalikan suhu
pada termometer yang diketahui.
maka :
(5/10) x tX Celcius
(5/10) x 50 = 25 Celcius
Jadi suhu yang terukur pada termometer Celcius sebesar 25
derajat Celcius.
3. Pada suhu berapa suatu benda bila diukur menggunakan
termometer celcius dan termometer fahrenheit akan
menunjukkan skala yang sama?
Pembahasan :
tc = tf
ingat
tf = (9/5 tc) + 32
tc ganti dengan variable x
tc = tf
x = ( 9/5 . x ) + 32
x - 32 = 9/5 x
(x -32) . 5 = 9x
5x - 160 = 9x
5x - 9x = 160
-4x = 160
x = 160/-4
x = -40
27 | P a g e
Jadi suhu yang terukur adalah -40 derajat
SOAL EVALUASI
1.
Perhatikan thermometer di atas ! besar suhu y pada skala
Termometer celcius adalah ..
a. 172°C
b. 108°C
c. 60°C
d. 44°C
Jawaban : C. 60°C
2.
Perhatikan gambar pengukuran suhu berikut ! thermometer
fahrenheit menunjukkan suhu …
a. 54°F
28 | P a g e
b. 65°F
c. 76°F
d. 86°F
Jawaban : D. 86°F
3.
Perhatikan gambar pengukuran suhu berikut ! thermometer
fahrenheit menunjukkan suhu …
a. 92°F
b. 108°F
c. 122°F
d. 140°F
Jawaban : D. 140°F
29 | P a g e
DAFTAR PUSTAKA
David Haliday, Robert Resnick, Jearl Walker. 2010. Fisika Dasar, Edisi
Ketujuh Jilid I. Jakarta : Erlangga, (Halaman : 514).
Ainie Khuriati RS. 2010. Termodinamika. Yogyakarta : Graha Ilmu,
(Halaman : 19).
Saad, Michel A. 1999. Thermodinamika. Jakarta : Prenhallindo (Halaman :
13 ).
Zemansky, Mark W. 1982. Kalor dan Termodinamika. Bandung : ITB
(Halaman : 547)
30 | P a g e
top related