Sifat Termometrik Zat
Sesungguhnya setiap zat / benda yang dipanaskan atau dinaikkan suhunya akan mengalami pemuaian, baik itu pemuaian pajang (l), luas (A), dan volume (V). Hal itu merupakan bukti bahwa benda atau zat tersebut memiliki yang namanya Sifat Termometrik, yaitu sifat dasar suatu zat yang apabila diubah-ubah suhunya akan berubah pula secara teratur.
Adapun sifat-sifat yang berubah antara lain:
• Wujud / bentuknya
• Volumenya
• Panjang dan Luasnya
• Hambatan Listriknya
• Warnanya
• Daya hantar listriknya.
Pada dasarnya, bahan yang digunakan untuk membuat termometer mempunyai karakteristik linier, yaitu hubungan sifat termometrik bahan dengan suhu dan mengikuti persamaan di bawah ini dengan:
t (x) = a (x) + b
t = suhu
x = sifat termometrik
a,b = konstanta yang bergantung pada bahan yang digunakan.
Perpidahan Kalor Konduksi, Koveksi, Radiasi
Sama seperti bunyi dan listrik, kalor juga bisa berpindah melalui berbagai medium maupun tanpa medium. Medium perpindahan sangat menentukan laju perpindahan kalor. Contoh perpidahan kalor, misal sobat punya besi jeruji roda, ujung satunya sobat hitung panaskan dengan lilin dan ujung satunya kita pegang dengan tangan. Selang beberapa menit atau bahkan detik kita pasti sudah merasakan panasnya. Lain halnya jika sobat menggunakan sebatang lidi mungkin akan sangat lama untuk merasakan panas api dari lilin atau jangan-jangan baru terasa saat lidi sudah hampir terbakar habis? Perpindahan kalor merupakan peristiwa atau proses mengalirnya panas (kalor) dari satu titik ke titik yang lain dalam suatu medium. Namanya perpindahan pasti ada yang namanya kecepatan (laju). Laju perpindahan kalor ini sangat bergantung pada jenis mediumnya.Pernahkah kalian menanak nasi? Menurut pendapatmu, peristiwa apa yang menyebabkan beras yang bertekstur keras dapat berubah menjadi nasi yang lunak dan lembut? Tentu hal ini terjadi karena adanya perpindahan kalor dari api kompor ke beras dan air yang berada dalam wadah pemasak itu. Bagaimanakah cara kalor berpindah? Ada tiga cara perpindahan kalor, yaitu konduksi, konveksi, dan radiasi.
Perpidahan Kalor secara Konduksi
Konduksi adalah perpindahan kalor yang terjadi pada medium padat Misalnya, salah satu ujung batang besi kita panaskan. Akibatnya, ujung besi yang lain akan terasa panas.
Coba perhatikan gambar berikut:
Bagaimanakah proses perpindahan kalor secara konduksi? Dalam konduksi yang berpindah hanyalah energi saja yaitu berupa panas. Saat kita mengaduk teh panas dengan sendok, maka lama kelamaan tangan kita terasa panas dari ujung sendok yang kita pegang. Atau saat kita membuat kue menggunakan wadah berupa aluminium yang disimpan di oven jua termasuk proses konduksi yang terjadi dalam kehidupan sehari-hari.
Lebih jelasnya, sebuah benda terdiri dari partikel-partikel pembentuk benda tersebut. Sebut saja sendok yang terbuat dari logam aluminium terdiri dari partikel-partikel logam yang sangat berdekatan letaknya. Sehingga saat ujung sendok dikenai panas maka partikel diujung tersebut memperoleh energi panas yang membuatnya bergetar dan bertumbukan dengan partikel disebelahnya tanpa ikut berpindah.Akibatnya partikel partikel terus bergetar dan membuat partikel lainnya ikut bergetar dan memperoleh energi berupa panas hingga ujung sendok satunya lagi.
Besarnya energi konduksi disebut juga laju konduksi ditentukan oleh persamaan berikut:
Keterangan:
Q = kalor (joule)
k = koefisien konduski (konduktivitas termal)
t = waktu (s)
A = luas penampang (m persegi)
L = panjang logam (m)
T = Suhu (Kelvin)
Berdasarkan kemampuan menghantarkan kalor, zat dapat dikelompokkan menjadi dua golongan, yaitu konduktor dan isolator. Konduktor adalah zat yang mudah menghantarkan kalor (penghantar yang baik). Isolator adalah zat yang sulit menghantarkan kalor (penghantar yang buruk).
LAJU KALOR KONDUKSI
Dipengaruhi oleh:
- jenis bahan konduktor
- luas permukaan bidang yang mengalami perpindahan/rambatan kalor
- perbedaan suhu antara kedua permukaan/ dinding
- tebal permukaan/ dinding
Perpindahan Kalor Secara Konveksi
Konveksi merupakan proses perpindahan kalor melalui suatu zat yang disertai dengan perpindahan bagian-bagian yang dilaluinya. Berbeda dengan konduksi, perpindahan kalor ini disertai dengan perpindahan medium. Jadi yang bergerak tidak hanya kalor tetapi juga medium perambatannya. Konveksi dapat terjadi secara alami ataupun dipaksa.
Konveksi alamiah contohnya saat memasak air terjadi gelembung udara hingga mendidih dan menguap.
Konveksi terpaksa misalnya hair dryer yang memaksa udara panas keluar yang diproses melalui alat tersebut.
a. Konveksi pada Zat Cair
 |
Bagaimanakah proses terjadinya konveksi saat memasak air? Air merupakan zatcair yang terdiri dari partikel-partikel penyusun air. Saat memasak air dalam panci, api memberikan energi kepada panci dalam hal ini termasuk proses konduksi.Kemudian panas yang diperoleh panci kemudian dialirkan pada air. partikel air paling bawah yang pertama kali terkena panas kemudian lama kelamaan akan memiliki massa jenis yang lebih kecil karena sebagian berubah menjadi uap air.
 |
Sehingga saat massa jenisnya lebih kecil partikel tersebut akan berpindah posisi naik ke permukaan. Air yang masih diatas permukaan kemudian turun ke bawah menggantikan posisi partikel yang tadi. begitulah seterusnya hingga mendidih dan menguap seperti tampak pada gambar di samping ini :
b. Konveksi pada Gas
Konveksi terjadi pula pada gas, misalnya udara. Seperti halnya pada air, rambatan (aliran) kalor dalam gas (udara) terjadi dengan cara konveksi.
Beberapa peristiwa yang terjadi akibat adanya konveksi udara adalah sebagai berikut.
1). Adanya angin laut. Angin laut terjadi pada siang hari. Pada siang hari, daratan lebih cepat menjadi panas daripada lautan sehingga udara di daratan naik dan digantikan oleh udara dari lautan.
2). Adanya angin darat. Angin darat terjadi pada malam hari. Pada malam hari, daratan lebih cepat menjadi dingin daripada lautan. Dengan demikian, udara di atas lautan naik dan digantikan oleh udara dari daratan.
3) Adanya sirkulasi udara pada ruang kamar di rumah
4) Adanya cerobong asap pabrik.Contoh perpindahan kalor secara konveksi misalnya ketika sobat hitung masak air, ketika airmendidih terjadi perpindahan kalor dari api kompor ke panci kemudian ke air.
Besarnya energi konveksi atau bisa disebut laju konveksi ditentukan oleh persamaan berikut:
Keterangan:
Q = kalor (joule)
h = koefisien konveksi
t = waktu (s)
A = luas penampang (m persegi)
T = Suhu (kelvin)
LAJU KALOR KONVEKSI
Dipengaruhi oleh:
- jenis bahan (zat cair) yang mengalami konveksi
- luas permukaan bidang yang mengalami aliran kalor
- perbedaan suhu antara kedua bahan yang dialiri dengan zat cair
Perpidahan Kalor Secara Radiasi
Proses perpindahan kalor tanpa zat perantara disebut radiasi atau pancaran. Kalor diradiasikan dalam bentuk gelombang elektromagnetik, gelombang radio, atau gelombang cahaya. Misalnya, radiasi panas dari api Apabila kita berdiam di dekat api unggun, kita merasa hangat. Kemudian, jika kita memasang selembar tirai di antara api dan kita, radiasi kalor akan lerhalang oleh tirai itu. Dengan demikian, kita dapat mengatakan bahwa:
Kalor dari api unggun atau matahari dapat dihalangi oleh tabir sehingga kalor tidak dapat merambat. Ada beberapa benda yang dapat menyerap radiasi kalor atau menghalanginya. Alat yang digunakan untuk mengetahui atau menyelidiki adanya radiasi disebut termoskop, seperti yang tampak pada gambar berikut:
Dari hasil penyelidikan dengan menggunakan termoskop, kita dapat mengetahui bahwa:
1) Permukaan yang hitam dan kusam adalah penyerap atau permancar radiasi kalor yang baik.
2) Permukaan yang putih dan mengkilap adalah penyerap atau pemancar radiasi yang buruk.
Berbeda dengan 2 jenis perpindahan kalor sebelumnya yang menggunakan medium, perpindahan kalor ini tidak membutuhkan medium atau perantara. Contohnya Panas matahari yang sampai kebumi melewati ruang angkasa yang hampa udara (tanpa ada medium). Setiap benda bisa menyerap kalor dipancarkan secar radiasi. Akan tetapi yang menentukan daya serap dan daya bukannlah jenis bahan benda tersebut melainkan warnanya.Semakin hitam sebuah benda maka benda tersebut akan cenderung semakin menyerap panas yang dipancarkan melalui radiasi. Kehitaman sebuah inilah yang disebut sebagai emisivitas bahan disimbolkan dengan e. Besarnya energi radiasi benda hitam tergantung pula pada tingkat derajat suhunya. Seperti yang terlihat dari rumus energi radiasi berikut :
Keterangan :
P = Dava Radiasi/Energi Radiasi setiap waktu (watt)
O = Kalor (joule)
t = waktu
e = emisivitas bahan
A = luas penampang (m persegi)
T = suhu (kelvin)
o = konstanta stefan boltzmann (5,67 x 10 pangkat minus 8)
Keterangan :
P = Dava Radiasi/Energi Radiasi setiap waktu (watt)
O = Kalor (joule)
t = waktu
e = emisivitas bahan
A = luas penampang (m persegi)
T = suhu (kelvin)
o = konstanta stefan boltzmann (5,67 x 10 pangkat minus 8)
LAJU KALOR RADIASI
Dipengaruhi oleh:
- jenis bahan radiasi
- emisivitas bahan
- luas permukaan bidang yang mengalami pancaran kalor
- suhu bidang yang mengalami pancaran kalor
Mengurangi/Mencegah Perpindahan Kalor
Perpindahan kalor umumnya dapat sangat menguntungkan bagi kehidupan manusia. Namun pada beberapa hal, perpindahan kalor dapat juga menyebabkan kerugian. Di antaranya adalah pada air minum yang telah kita masak, akan segera dingin setelah beberapa waktu. Demikian pula pada bahan-bahan makanan yang kita masak, juga dapat segera dingin. Hal itu disebabkan kalor dari air dan bahan makanan terlepas keluar untuk mengimbangi keadaan ruangnya. Untuk mengatasi kerugian tersebut, dibuatlah alat yang dapat memperkecil laju perpindahan kalor.Beberapa di antaranya adalah termos air panas, termos es, dan termos nasi. Untuk lebih jelasnya, perhatikan skema termos air panas disamping.
Termos adalah alat yang dapat digunakan untuk mengurangi laju perpindahan kalor dalam termos. Air atau nasi yang kita simpan di dalam termos, suhunya dapat kita jaga sampai beberapa lama. Termos semacam ini mencegah kalor yang dimiliki air panas atau nasi agar tidak terlepas keluar termos. Pada termos air, dinding termos dibuat rangkap, yaitu dinding bagian dalam dan luar. Sementara ruang antara kedua dinding tersebut, dibuat vakum agar tidak terjadi perpindahan kalor secara konduksi dan konveksi. Selain itu, bagian dalam dinding termos dibuat mengkilap agar kalor yang akan keluar dipancarkan kembali ke dalam termos.