A.    Suhu

Pada kehidupan sehari-hari, suhu merupakan besaran yang menunjukkan derajat atau tingkat panas suatu benda. Oven yang panas dikatakan bersuhu tinggi, sementara es di danau yang beku dikatakan bersuhu rendah.

Dengan alat perasa kita hanya dapat membedakan suhu suatu benda secara kualitatif. Akan tetapi, di dalam fisika kita akan menyatakan panas, hangat dingin dan sebagainya secara eksak yaitu secara kuantitatif (dengan angka-angka).

Banyak sifat zat yang berubah terhadap suhu. Sebagai contoh, sebagian besar zat memuai ketika dipanaskan. Sebatang besi lebih panjang ketika panas daripada waktu dingin. Demikian juga warna yang dipancarkan benda, misalnya pada temperature tinggi: mungkin Anda memperhatikan bahwa elemen pemanas kompor listrik memancarkan warna merah ketika panas. Pada temperature yang lebih tinggi, zat padat seperti besi biasanya bersinar jingga atau bahkan putih. Temperature permukaan warna Matahari dan bintang-bintang lainnya dapat diukur terutama dari warna  (lebih tepatnya, panjang gelombang) dari cahaya yang mereka pancarkan.

                                     Gambar 1.1 : besi yang dipanaskan

Alat-alat yang dirancang untuk mengukur suhu disebut termometer. Ada banyak jenis termometer, tetapi cara kerjanya selalu bergantung pada beberapa sifat materi yang berubah terhadap suhu. Sebagian besar termometer umum bergantung pada pemuian materi terhadap naiknya temperature/suhu. Ada beberapa sifat benda yang berubah apabila benda itu dipanaskan, antara lain adalah warnanya, volumenya, tekanannya dan daya hantar listriknya. Sifat-Sifat benda yang berubah karena dipanaskan disebut sifat termometrik..

Gagasan pertama untuk termometer yaitu oleh Galileo, menggunakan pemuaian gas. Termometer umum saat ini terdiri darintabung kaca dengan ruang di tengahnya yang diisi air raksa atau alcohol yang diberi warna merah.

Suhu termasuk dalam besaran pokok dalam fisika Satuannya dalam Sistem Internasional (SI) adalah Kelvin (K), tetapi secara umum di Asia menggunakan satuan Celcius (^oC), di Amerika serikat menggunakan satuan (⁰R) dan di Eropa menggunakan satuan (⁰F) dalam pengukuran suhu sehari-hari.

B.    Titik Tripel Air

Untuk menetapkan suatu skala suhu, dapat mengambil beberapa fenomena termal yang dapat direproduksi ata memilih sebuah titik tetap standar. Sebagai contoh, kita dapat memilih titik beku atau titik didih air. Namun, karena berbagai alasan teknis kita tidak melakukannya. Sebagai gantinya kita memilih titik tripel (triple point) air.

Air, es padat, dan uap air (air dala wujud gas) dapat berada bersama-sama dalam kesetimbangan termal, hanya pada satu nilai tekanan dan suhu.

Gambar 1.2 : sel titik tripel air

Perjanjian internasional telah memberi titik tripel tersebut nilai 273,16 K sebagai suhu titik ketentuan standar untuk kalibrasi termometer.

C.    Termometer

Alat ukur yang digunakan untuk mengukur suhu adalah termometer. Pada termometer terdapat titik tetap atas dan titik tetap bawah. Titik tetap atas adalah skala yang ditunjukkan oleh termometer saat digunakan untuk mengukur suhu air mendidih (titik didih air) pada tekanan normal. Titik tetap bawah adalah skala yang ditunjukkan termometer saat digunakan untuk mengukur suhu air membeku (titik beku air) pada tekanan normal.

1.      Penentuan Skala/ Kalibrasi Termometer

Kalibrasi termometer adalah penetapan tanda-tanda untuk pembagian skala pada suatu termometer. Adapun langkah-langkah kalibrasi termometer sebagai berikut :

a.       Menentukan titik tetap bawah (T_b)

b.      Menentukan titik tetap atas (T_a)

c.       Menentukan jumlah skala di antara titik-titik tetap

d.    Memperluas skala di luar titik tetap

Di dalam membuat skala termometer kita harus menetapkan lebih dahulu suhu acuan. Suhu acuan dipilih sedemikian rupa sehingga besarnya selalu tetap (tidak berubah-ubah) misalnya suhu ketika terjadi perubahan wujud zat. Pada suhu yang tidak terlalu tinggi acuan dapat dipilih dari suhu campuran es (es yang sedang mencair) dan sushu ketika air mendidih. Termometer yang ada saat ini mempunyai sklaa yang berbeda-beda.

2.      Skala Termometer

Untuk mengukur suhu secara kuantitatif, perlu didefinisikan semacam skala numeric. Terdapat 4 skala termometer yang digunakan dalam pengukuran suhu, yaitu skala Celcius, Fahrenheit, Reamur, dan Kelvin. Skala yang paling banyak dipakai sekarang adalah slala Cellcius, atau biasa disebut sebagai skala centigrade.

Setiap suhu pada skala Celcius berhubungan  dengan suatu suhu tertentu pada skala Fahrenheit. Gambar disamping menunjukkan konversi suhu suatu zat dalam skala Celcius dan Fahrenheit. Tentunya sangat mudah untuk mengonversikannya, mengingat bahwa  0⁰C sama dengan 32⁰F, dan jangkauan 100⁰ pada skala Celcius sama dengan jangkauan 180⁰ pada skala Fahrenheit .Hal ini berarti 

Perbandingan beberapa skala termometer adalah sebagai berikut :

Konversi antara skala Celcius dan skala Fahrenheit dapat dituliskan :

Konversi antara skala Celcius dan skala Reaumur dapat dituliskan :

Konversi antara skala Fahrenheit dan skala Reaumur dapat dituliskan :

maka dari penjelasan di atas maka dapat diperoleh perbandingan skala dari keempat termometer tersebut sebagai berikut :

Hubungan antara termometer Celcius dan Kelvin secara khusus dapat dinyatakan :

                                                             atau

Jika ada termometer X ingin dikonversikan ke bentuk lain.

1.      Macam – Macam Termometer

a.      Termometer Zat cair

Termometer zat cair yang paling banyaknya dijumpai dalam kehidupan sehari-hari adalah termometer bahan pengisinya zat cair, misalnya raksa. Pada umumnya, zat cair memiliki pemuaian yang tidak teratur. Misalnya, air apabila dipanaskan dari suhu 0⁰C – 4⁰C volumenya justru menyusut. Akan tetapi, raksa memiliki pemuaian teratur.

1)      Termometer Raksa

Termometer raksa adalah termometer yang bahan isinya adalah raksa Contoh termometer skala Celcius adalah Termometer Laboratorium berfungsinya untuk perlengkapan praktikum di laboratorium.

Cara menggunakannya, ukur suhu objek benda yang akan diukur (misalnya: cairan). Jika cairan bertambah panas maka raksa atau alkhohol akan memuai sehingga skalanya bertambah. Agar termometer sensitif terhadap suhu maka ukuran pipa harus dibuat kecil (pipa kapiler) dan agar peka terhadap perubahan suhu maka dinding termometer (reservoir) dibuat setipis mungkin dan bila memungkinkan dibuat dari bahan yang konduktor.

2)      Termometer Alkohol

Alkohol juga dapat digunakan sebagai bahan pengisi termometer. Beberapa keuntungan apabila alkohol digunnakan sebagai bahan pengisi termometer di antaranya:

·         Jika dibandingkan dengan raksa, alkohol lebih murah

·         Pemuiannya teratur

·         Titik beku alkohol sangat rendah (-115⁰C) sehingga termometer alkohol dapat digunakan untuk mengukur suhu rendah

Adapun kerugian menggunakan raksa sebagai bahan pengisi termometer yaitu

·         Membasahi dinding

·         Titik didih alkohol sangat rendah (-78⁰C) sehingga pemakaiannya menjadi terbatas

·         Kalor jenisnya besar sehingga perlu perubahan panas yang besar untuk mengubah suhu

Mengapa air tidak dapat digunakan sebagai bahan pengisi termometer. Alasan-alasan yang dimaksud antara lain:

·         Air membasahi dinding

·         Pada kondisi normal air membeku pada suhu 0⁰C dan mendidih pada suhu 100⁰C, sehingga jangkauan pengukurannya menjadi sangat terbatas

·         Air dipanaskan dari sushu 0⁰C – 4⁰C volumenya justru menyusut.

Ada beberapa termometer zat cair yang dapat dijumpai dalam kehidupan sehari-hari. Akan tetapi, kita hanya akan membahas beberapa saja.

3)      Termometer klinis atau termometer badan

Karena suhu tubuh manusia tidak pernah lebih rendah dan 35°C dan tidak pernah lebih tinggi dan 42°C. Fungsi termometer klinis adalah untukmengukur suhu tubuh manusia diperlukan termometer yang disesuaikan dengan keadaan tersebut yaitu yang dibuat dengan skala suhu antara 35°C sampai dengan 42°C. Di antara tandon raksa dan pipa kaca terdapat pembuluh termometer yang dibuat lebih sempit agar raksa yang sudah berada di atas pembuluh sempit itu tidak dapat turun dengan sendirinya agar pengukuran menjadi lebih akurat.

Ciri-ciri termometer badan sebagai berikut :

1)      Termometer ini khusus digunakan untuk mengukur suhu tubuh manusia.

2)      Skala ukurnya hanya 35 - 42°C.

3)      Menggunakan zat muai raksa (Hg).

4)      Pada pembuluh termometernya terdapat bagian yang disempitkan. Tujuannya agar raksa yang sudah memuai tidak mudah turun dan pengukuran menjadi Iebih akurat.

5)      Untuk mengembalikan raksa ke dalam tandon, termometer harus diguncang-guncangkan terlebih dulu.

6)      Merupakan termometer maksimum karena hanya dapat mengukur suhu tertinggi saja. 

2)      Termometer Dinding

Termometer dinding digunakan untuk mengukur suhu ruang. Sesuai dengan namanya, termometer ini dipasang pada dinding ruangan. Skala termometer ini memiliki jangkauan suhu yang dapat terjadi di dalam ruangan, misalnya -50⁰C sampai 50⁰C

3)      Termometer maksimum-minimum Six Bellani

Fungsi termometer adalah untuk mengukur suhu tertinggi dan terendah dalam jangka waktu tertentu. Termometer jenis ini pertama kali dibuat oleh Six Bellani sehingga Termometer ini dikenal dengan termometer maksimum-minimum Six Bellani. 

Ciri-ciri termometer maksimum-minimum sebagai berikut : 1) Merupakan termometer khusus karena hanya digunakan untuk mengukur suhu tertinggi dan terendah di suatu tempat; 2) Skala ukurnya antara -20°C sampai 50°C; 3) Menggunakan zat muai alkohol dan raksa, dilengkapi dengan keping baja sebagai penunjuk skala; dan 4) Disediakan magnet tetap, untuk menarik keping baja turun dan melekat pada raksa

Pada saat mengukur suhu dengan menggunakan termometer, Anda harus memperhatikan beberapa hal berikut :

·         Ketika menggunakan termometer, suhu awal tidak perlu diatur terlebih dahulu. Misalnya suhu, suhu awal tidak perlu dibuat 0⁰C terlebih dahulu

·         Ketika mengukur suhu zat cair, ujung bawah termometer harus diletakkan ditengah-tengah cairan. Ujung bawah termometer ini tidak boleh menyentuh dasar atau dinding bejana. Ketika termometer diangkat dari cairan, suhu termometer akan segera berubah menyesuaikan dengan suhu udara. Oleh karena itu, pembacaan termometer dilakukan ketika termometer masih berada dalam cairan.

·         Untuk mengukur suhu tinggi, pastikan Anda menggunakan termometer yang dirancang untuk mengukur suhu tinggi

·         Pada saat mengukur suhu, tangan tidak boleh bersentuhan langsung dengan termometer. Untuk mengatasi maalah ini, termometer dapat dijepit dengan statif atau digantung dengan benang melalui lubang yang ada pada ujung atas termometer.

·         Termometer tidak boleh digunakan untuk mengaduk cairan

·         Dalam membaca skala termometer, posisi mata harus berada pada garis yang tegak lurus terhadap posisi skala termometer. Hal ini dilakukan untuk menghindari kesalahan paralaks.

4)     Termometer lain

a.      Termometer Bimeteal

Fungsi termometer Bimetal  untuk menunjukkan adanya perubahan suhu dengan prinsip logam akan memuai jika dipanaskan dan menyusut jika didinginkan.

Cara menggunakan : keping bimetal sengaja dibuat memiliki dua buah keping logam karena kepingan ini dapat melengkung jika terjadi perubahan suhu. Prinsipnya, apabila suhu berubah menjadi tinggi, keping bimetal akan melengkung ke arah logam yang koefisien muainya lebih rendah, sedangkan jika suhu menjadi rendah, keping bimetal akan melengkung ke arah logam yang keofisien muainya lebih tinggi. Logam dengan koefisien muai lebih besar (tinggi) akan lebih cepat memanjang sehingga kepingan akan membengkok (melengkung) sebab logam yang satunya lagi tidak ikut memanjang.

Biasanya keping bimetal ini terbuat dari logam yang koefisien muainya jauh berbeda, seperti besi dan tembaga.Pada termometer, keping bimetal dapat difungsikan sebagai penunjuk arah karena jika kepingan menerima rangsangan berupa suhu, maka keping akan langsung melengkung karena pemuaian panjang pada logam.

b.      Termometer Gas

Termometer Gas adalah salah satu jenis termometer yang banyak digunakan untuk kebutuhan industri. Termometer ini digunakan untuk mengukur perubahan temperatur yang disebabkan oleh adanya tekanan gas yang bersifat kontinu di area tertentu. Untuk memberikan gambaran yang mudah mengenai termometer jenis ini, anda bisa melihat tabung gas di rumah Anda sebentar, dan perhatikan di bagian tutup tabung. Ada beberapa model selang gas yang menggunakan termometer ini untuk mengukur tekanan gas yang dialirkan dari dalam tabung.

c.       Pyrometer

Pyrometer adalah sebuah termometer yang sangat akurat yang mengukur suhu benda dengan jalan mengukur besarnya radiasi total atau radiasi pada salah satu panjang gelombang. Pyrometer dapat mengukur suhu yang sangat tinggi (kira-kira 500⁰C – 3000⁰C). Secara teori, suatu benda yang panas akan memancarkan radiasi dan cahaya di sekelilingnya, semakin tinggi suhu benda tersebut maka makin besar radiasi dan intensitas cahaya yang dipancarkan. Besarnya radiasi dan intensitas cahaya ini tergantung dari suhu benda dan dari warna atau panjang gelombang sinar yang dipancarkan. Dengan mengukur radiasi total atau radiasi pada salah satu panjang gelombang maka temperatur benda akan dapat ditentukan tanpa menyentuh benda tersebut, bahkan jika Anda berdiri agak jauh dari benda tersebut.