Rumus Dasar Penetapan Skala Termometer, Teladan Soal Dan Pembahasan
Dalam kehidupan sehari-hari kalian sering mendengar perihal suhu, contohnya pada demam isu panas kalian sanggup mengetahui suhunya tinggi. Pada tragedi lain kalian sanggup mendinginkan suatu ruangan dengan menurunkan suhu AC (pendingin) yang digunakan. Penggunaan kata-kata itu sudah tepat. Suhu merupakan ukuran panas dinginnya suatu benda. Sedangkan termometer ialah alat ukur suhu.
Dengan memakai termometer, kita sanggup memilih suhu suatu benda secara kuantitatif, alasannya ialah kita sanggup mengetahui angka yang menyatakan besarnya suhu benda tersebut. Hal ini dikarenakan pada dinding beling termometer terdapat skala skala berisi formasi titik atau garis yang disebut titik referensi.
Setiap titik rujukan tersebut, selanjutnya diberi angka. Ada dua titik tetap sebagai standar pembuatan skala titik rujukan itu, yaitu titik tetap bawah dan titik tetap atas. Lalu tahukah kalian apa yang disebut dengan titik tetap bawah dan atas tersebut?
■ Titik tetap bawah (titik beku) didefinisikan sebagai suhu di mana fase padat dan cair ada bersama dalam kesetimbangan, yaitu tanpa adanya zat cair total yang menjelma padat atau sebaliknya. Secara eksperimen, hal ini hanya terjadi pada suhu tertentu, untuk tekanan tertentu.
■ Titik tetap atas (titik didih) didefinisikan sebagai suhu di mana zat cair dan gas ada bersama dalam kesetimbangan. Karena titik-titik ini (titik beku dan titik didih) berubah terhadap tekanan, maka tekanan harus ditentukan (bisanya sebesar 1 atm).
Bagaimana Cara Pembuatan Skala Suatu Termometer?
Jenis termometer yang paling banyak dipakai ialah termometer zat cair. Termometer zat cair bekerja menurut pemuaian zat cair. Maka diharapkan zat cair yang memiliki spesifikasi khusus, antara lain dikenai panas cepat memuai, kalau panasnya berkurang gampang menyusut.
Skala yang dipakai untuk mengetahui derajat panas benda yang diukur dibentuk di antara pemuaian maksimal (titik tetap atas) dengan penyusutan maksimalnya (titik tetap bawah).
Untuk menciptakan skala termometer terlebih dahulu harus ditentukan titik tetap atas dan titik tetap bawahnya, lalu ditentukan jumlah skalanya. Misalnya, pada termometer Celcius ditentukan sebagai berikut.
■ Titik tetap bawah yang dipakai ialah es yang sedang mencair (es yang sedang melebur) pada tekanan 1 atm. Titik tetap bawah diberi angka 0 (nol).
■ Titik tetap atas yang dipakai ialah air yang sedang mendidih pada tekanan 1 atm. Titik tetap atas diberi angka 100.
■ Antara angka 0 hingga 100 dibentuk skala 100 masing-masing skala mewakili 1oC.
Batas bawah dan batas atas yang dipakai pada termometer celcius ialah es yang sedang melebur dan air yang sedang mendidih, alasannya ialah pada ketika melebur atau mendidih sedang terjadi perubahan wujud zat. Pada ketika perubahan wujud zat suhunya tidak mengalami perubahan (suhunya tetap).
Berdasarkan ketentuan batas bawah dan batas atas dari suatu termometer, kita sanggup memilih skala termometer sesuai dengan cita-cita kita dan sanggup mengkonversikan ke dalam skala celcius atau skala termometer yang lain, contohnya untuk termometer celcius memakai 100 skala sedangkan termometer Reamur memakai 80 skala. Konversi suhu termometer celcius dengan reamur perbandingannya adalah:
tR | = | 80 | atau | tR | = | 4 |
tC | 100 | tC | 5 |
Contoh:
Benda dengan suhu 80oC apabila diukur memakai termometer reamur suhunya ialah 64oR perhitungannya ialah sebagai berikut.
tR | = | 4 | × | tC | = | 4 | × | 80 | = | 64oR |
5 | 5 |
Rumus Penetapan Skala Termometer
Kalian perlu mengetahui bahwa termometer telah banyak dirancang oleh ilmuwan diantaranya ada tiga skala termometer yang perlu kalian ketahui, yaitu termometer Celcius, Reamur dan Fahrenheit. Termometer-termometer itu dirancang dengan memakai sifat pemuaian suatu zat. Perbandingan skala termometer Celcius, Reamur, Fahrenheit, dan Kelvin yaitu sebagai berikut.
Tabel Perbandingan Skala Termometer
Jenis Termometer | Titik Tetap Bawah | Titik Tetap Atas | Selisih (Jumlah Skala) |
Celcius | 0oC | 100oC | 100 |
Reamur | 0oR | 80oR | 80 |
Fahrenheit | 32oF | 212oF | 180 |
Kelvin | 273 K | 373 K | 100 |
Jika materi yang dipakai sama maka pemuaian yang terjadi juga sama, tetapi alasannya ialah skala yang dipakai berbeda akhirnya perlu penyesuaian. Dengan sifat pemuaian yang dipakai maka kesetaraan skala termometer sanggup dilakukan dengan cara membandingkan. Perbandingan tiap skala akan sama. Perhatikan gambar berikut ini.
Termometer X dengan titik tetap bawah (tb)X dan titik tetap atas (ta)X. Termometer Y dengan titik tetap bawah (tb)Y dan titik tetap atas (ta)Y. Titik tetap bawah dan titik tetap atas kedua termometer di atas ialah suhu ketika es melebur dan suhu ketika air mendidih pada tekanan 1 atmosfer.
Dengan membandingkan perubahan suhu dan interval kedua titik tetap masing-masing termometer, diperoleh relasi sebagai berikut.
(ta)X – tX | = | (ta)Y – tY |
(ta)X – (tb)X | (ta)Y – (tb)Y |
Keterangan:
(ta)X = titik tetap atas termometer X
(tb)X = titik tetap bawah termometer X
tX = suhu pada termometer X
(ta)Y = titik tetap atas termometer Y
(tb)Y = titik tetap bawah termometer Y
tY = suhu pada termometer Y
Contoh Soal 1:
Sebuah termometer X sehabis ditera dengan termometer Celcius di sanggup 40oC = 80oX dan 20oC = 50oX. Jika suhu sebuah benda 80oC, maka berapa oX suhu benda tersebut?
Penyelesaian:
Diketahui:
40oC = 80oX
20oC = 50oX
Ditanya: 80oC = ... oX
Jawab:
Untuk mempermudah dalam memahami soal di atas, perhatikan gambar ilustrasi berikut ini.
Berdasarkan gambar di atas, maka keseteraan skala pada termometer Celcius dan termometer X ialah sebagai berikut.
80 – 40 | = | tX – 80 |
80 – 20 | tX – 50 |
40 | = | tX – 80 |
60 | tX – 50 |
4 | = | tX – 80 |
6 | tX – 50 |
4(tX – 50) = 6(tX – 80)
4tX – 200 = 6tX – 480
6tX – 4tX = 480 – 200
2tX = 280
tX = 280/2
tX = 140
Jadi, 80oC = 140oX
Contoh Soal 2:
Suatu termometer X mengukur suhu es sedang melebur pada −10oX dan mengukur suhu air mendidih pada 110oX. Termometer Celcius mengukur suhu benda tersebut ialah 40oC. Berapa suhu benda tersebut kalau diukur dengan termometer X?
Penyelesaian:
Diketahui:
(tb)X = −100X
(ta)X = 1100X
tC = 400C
Titik tetap atas termometer Celcius ialah 100oC dan titik tetap bawahnya ialah 0oC sehingga:
(ta)C = 1000C
(tb)C = 00C
Ditanyakan: tX
Jawab:
(ta)X – tX | = | (ta)C – tC |
(ta)X – (tb)X | (ta)C – (tb)C |
110 – tX | = | 100 – 40 |
110 – (−10) | 100 – 0 |
110 – tX | = | 60 |
120 | 100 |
110 – tX | = | 6 |
120 | 10 |
10(110 – tX) = (120)(6)
1100 – 10tX = 720
10tX = 1100 – 720
10tX = 380
tX = 380/10
tX = 38
Jadi, suhu benda tersebut apabila diukur dengan termometer X ialah 38oX.
Contoh Soal 3:
Termometer X dirancang sanggup mengukur air membeku pada skala - 40 dan air mendidih pada skala 160. Jika suatu benda diukur dengan termometer Reamur mengatakan nilai 20oR maka tentukan nilai yang ditunjuk ketika diukur dengan termometer X!
Penyelesaian:
Diketahui:
(tb)X = −40oX
(ta)X = 160 oX
tR = 20
Titik tetap atas termometer Reamur ialah 80oR dan titik tetap bawahnya ialah 0oR sehingga:
(ta)R = 0oR
(tb)R = 80oR
Ditanyakan: tX?
Jawab:
(ta)X – tX | = | (ta)R – tR |
(ta)X – (tb)X | (ta)R – (tb)R |
160 – tX | = | 80 – 20 |
160 – (−40) | 80 – 0 |
160 – tX | = | 60 |
200 | 80 |
160 – tX | = | 6 |
200 | 8 |
8(160 – tX) = (200)(6)
1280 – 8tX = 1200
8tX = 1280 – 1200
8tX = 80
tX = 80/8
tX = 8
Jadi, suhu benda tersebut apabila diukur dengan termometer X ialah 8oX.
Contoh Soal 4:
Suhu es yang sedang melebur dan suhu air mendidih apabila diukur dengan termometer A masing-masing besarnya 10oA dan 130oA. Suhu suatu benda diukur dengan termometer skala Fahrenheit sebesar 62oF. Berapa suhu benda tersebut kalau diukur dengan termometer A?
Penyelesaian:
Diketahui:
(tb)A = 10oA
(ta)A = 130oA
tF = 62oF
Titik tetap atas termometer Fahrenheit ialah 212oF dan titik tetap bawahnya ialah 320F sehingga:
(ta)F = 212oF
(tb)F = 32oF
Ditanyakan: tA?
Jawab:
(ta)A – tA | = | (ta)F – tF |
(ta)A – (tb)A | (ta)F – (tb)F |
130 – tA | = | 212 – 62 |
130 – (10) | 212 – 32 |
130 – tA | = | 150 |
120 | 180 |
130 – tA | = | 5 |
120 | 6 |
6(130 – tA) = (120)(5)
780 – 6tA = 600
6tA = 780 – 600
6tA = 180
tA = 180/6
tA = 30
Jadi, suhu benda tersebut apabila diukur dengan termometer A ialah 30oA.