Fisika Sekolah Dasar dan Menengah Pertama · Grades 1–9

15Suhu dan Termometer

Dua musim dingin yang lalu, tiga mangkuk air menipu kedua tanganmu: air yang sama terasa hangat bagi tangan yang satu dan sejuk bagi yang lain. Waktu itu kita berjanji bahwa suatu hari sebuah alat akan menyelesaikan pertengkaran semacam itu. Inilah dia — termometer, hakim kaca kecil yang mengubah panas dan dingin menjadi sebuah bilangan.

15.1 Mengapa perabaan tidak cukup

Contoh 15.1 (Para hakim yang tidak adil)

Perabaan menghakimi dengan tidak adil pada setiap musim: perosotan logam terasa lebih dingin daripada bangku kayu yang berdiri di tempat teduh yang sama; air suam-suam kuku terasa hangat bagi tangan yang dingin dan sejuk bagi tangan yang hangat; dan sesudah bermain kereta salju, lorong yang sejuk pun terasa hangat sekali. Untuk membandingkan panas dan dingin dengan jujur — antarruangan, antarhari, antarorang — kita memerlukan hakim yang tidak pernah berubah pikiran: sebuah alat.

15.2 Termometer dan derajatnya

Definisi 15.2 (Suhu)

Bilangan yang menyatakan tepat seberapa panas atau dingin sebuah benda disebut suhu benda itu. Makin tinggi bilangannya, makin panas bendanya; makin rendah bilangannya, makin dingin. Suhu diukur dalam derajat Celsius, ditulis ${}^{\circ}\mathrm{C}$ , dengan sebuah termometer.

Proposisi 15.3 (Dua tonggak air)

Skala Celsius dipatok pada dua perubahan wujud air yang besar:

pada $0\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ , air membeku menjadi es (dan es mencair);
pada $100\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ , air mendidih menjadi uap.

Di antara kedua tonggak itu, skalanya dipotong menjadi $100$ derajat yang sama besar — sebuah tangga berundak kecil dari es sampai uap.

Sebuah termometer: zat cair merahnya memanjat ketika dihangatkan. Di sini ia berhenti pada tanda 25 — suhunya 25\, C. — Sebuah termometer: zat cair merahnya memanjat ketika dihangatkan. Di sini ia berhenti pada tanda $25$ — suhunya $25\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ .

Contoh 15.4 (Cara kerja sang hakim kaca)

Di dalam tabung tipis termometer terperangkap zat cair berwarna. Kehangatan membuat zat cair itu memuai sedikit saja — dan di dalam tabung yang begitu tipis, pemuaian yang sedikit sudah mendorong kolomnya naik dengan jelas. Dingin menyusutkannya kembali. Zat cair itu tidak dapat ditipu seperti tangan: ia memuai sama untuk kehangatan yang sama, hari ini, besok, bagi siapa pun.

Termometer sungguhan pada dindingnya: kolom merahnya memanjat skala, dan siapa pun yang membaca tandanya mendapat bilangan yang sama.

15.3 Membaca termometer

Metode 15.5 (Membaca termometer)

Letakkan termometer di tempat yang suhunya ingin kamu ketahui — di dalam air, di tempat teduh di luar rumah, di bawah lidah;
tunggulah — zat cairnya perlu waktu untuk selesai memanjat atau turun; amati sampai ia berhenti bergerak;
sejajarkan matamu dengan puncak kolomnya;
bacalah bilangan pada tanda yang dicapai kolom itu, lalu tulislah dengan satuannya: $18\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ .

Membaca terlalu cepat, atau dari arah menyerong, memberi bilangan yang salah — hakimnya jujur, tetapi ia harus ditanya dengan cara yang benar.

Contoh 15.6 (Suhu yang perlu dihafal)

Beberapa bilangan yang layak dihafal: ruangan yang nyaman kira-kira $20\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ ; tubuhmu menjaga dirinya di sekitar $37\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ , baik pada musim panas maupun musim dingin (jauh di atas itu berarti demam — termometer dokter tahu); lemari es menahan sekitar $4\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ ; hari musim panas yang terik mencapai $30\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ ; air mandi terasa nyaman di dekat $35\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ .

Empat suhu yang akrab: makin tinggi kolomnya, makin panas bendanya.

15.4 Di bawah nol

Contoh 15.7 (Bilangan musim dingin)

Pada pagi yang membekukan, kolomnya turun di bawah tanda $0$ . Tanda-tandanya terus berlanjut ke bawah di sana, dan kita membacanya dengan kata “minus”: satu tanda di bawah nol adalah minus satu derajat, lima tanda di bawahnya adalah minus lima, ditulis $-5\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ . Bilangan minus lebih dingin daripada nol, dan makin rendah bilangannya, makin keras bekunya: pagi $-10$ menggigit lebih dingin daripada pagi $-2$ . Laporan cuaca menyebutkannya setiap petang musim dingin.

Catatan 15.8 (Nol bukan berarti “tidak ada”)

Pada skala ini, $0$ tidak berarti “tanpa suhu” — ia sekadar tanda tempat air membeku, sebuah tonggak seperti rambu jalan. Cuaca dapat lebih hangat daripada tonggak itu atau lebih dingin daripadanya; termometer hanya memberitahumu di sisi mana, dan berapa tanda jauhnya. (Bilangan di bawah nol punya aritmetikanya sendiri — pelajaran matematikamu akan membahasnya dengan tuntas pada tahun yang lebih tinggi.)

15.5 Latihan

Latihan 15.1 ★

Mengapa termometer menjadi hakim panas dan dingin yang lebih adil daripada tanganmu? Sebutkan satu cara tangan tertipu pada bab sebelumnya.

Solusi

Solusi Latihan 15.1.

Termometer memberikan bilangan yang sama untuk kehangatan yang sama, siapa pun yang membacanya, kapan pun. Tangan tertipu oleh tiga mangkuk (air suam-suam kuku yang sama terasa hangat dan sejuk sekaligus) dan oleh logam yang terasa lebih dingin daripada kayu di tempat teduh yang sama.

Latihan 15.2 ★

Pada suhu berapa air membeku? Mendidih? Kedua bilangan itu dalam satuan apa?

Solusi

Solusi Latihan 15.2.

Air membeku pada $0\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ dan mendidih pada $100\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ — keduanya dalam derajat Celsius.

Latihan 15.3 ★

Apa yang terjadi pada zat cair di dalam tabung tipis ketika termometer dihangatkan? Ketika didinginkan? Mengapa perubahan sekecil itu terlihat begitu jelas?

Solusi

Solusi Latihan 15.3.

Ketika dihangatkan, zat cair yang terperangkap memuai dan kolomnya memanjat; ketika didinginkan, ia menyusut dan kolomnya turun. Tabungnya begitu tipis sehingga pemuaian yang sangat kecil pun mendorong kolomnya naik dengan jelas terlihat.

Latihan 15.4 ★

Sebutkan dua kesalahan yang diperingatkan oleh Metode 15.5 ketika membaca termometer.

Solusi

Solusi Latihan 15.4.

Membaca terlalu cepat (sebelum kolomnya berhenti bergerak), dan membaca dari arah menyerong alih-alih dengan mata sejajar dengan puncak kolomnya.

Latihan 15.5 ★

Pasangkan tiap benda dengan suhunya yang paling mungkin — $4\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ , $20\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ , $37\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ , $100\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ : air mendidih; ruang keluarga yang nyaman; bagian dalam lemari es; tubuhmu sendiri.

Solusi

Solusi Latihan 15.5.

Air mendidih: $100\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ . Ruang keluarga yang nyaman: $20\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ . Lemari es: $4\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ . Tubuhmu: $37\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ .

Latihan 15.6 ★

Termometer bak mandi terbaca $35\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ ; panci di atas kompor terbaca $100\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ . Mana yang lebih panas, dan amankah panci itu disentuh? Berapa derajat panci itu lebih panas daripada bak mandi?

Solusi

Solusi Latihan 15.6.

Pancinya lebih panas, sebanyak $100 - 35 = 65$ derajat — jauh terlalu panas untuk disentuh: pancinya berada pada suhu didih.

Latihan 15.7 ★

Termometer musim dingin menunjukkan kolomnya $3$ tanda di bawah nol. Bagaimana kita mengucapkan dan menuliskan suhu itu? Lebih dingin atau lebih hangat daripada $-8\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ ?

Solusi

Solusi Latihan 15.7.

Minus tiga derajat Celsius, ditulis $-3\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ . Suhu itu lebih hangat daripada $-8\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ : delapan tanda di bawah nol lebih dalam membekunya daripada tiga tanda.

Latihan 15.8 ★

Kemarin termometer kebun terbaca $6\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ pada waktu sarapan dan $14\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ pada waktu makan siang. Berapa derajat pagi itu menghangat?

Solusi

Solusi Latihan 15.8.

$14 - 6 = 8$ : pagi itu menghangat sebanyak $8$ derajat.

Latihan 15.9 ★

Genangan di trotoar berubah menjadi es semalaman. Apa yang dapat kamu katakan tentang suhu malam itu, tanpa termometer sama sekali? Tonggak mana yang kamu pakai?

Solusi

Solusi Latihan 15.9.

Malam itu turun di bawah $0\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ — tonggak beku air. Genangan yang membeku adalah termometer yang terbuat dari cuaca.

Latihan 15.10 ★★

Baru saja selesai bermain kereta salju, Emma berlari masuk ke lorong dan berteriak “Panas sekali di sini!” Termometer lorong terbaca $16\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ . Apakah lorong itu panas? Mengapa Emma merasakannya begitu — dan hakim mana yang sebaiknya dipercaya keluarganya?

Solusi

Solusi Latihan 15.10.

Tidak — $16\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ berada di sisi sejuk dari nyaman. Kulit Emma membandingkan lorong itu dengan kebun membekukan yang baru saja ia tinggalkan, sehingga lorongnya terasa hangat sekali baginya. Keluarganya sebaiknya memercayai termometer: alat itu membandingkan dengan tanda tetap pada skalanya, bukan dengan tempat yang baru saja ditinggalkannya.

Latihan 15.11 ★★

Seorang juru masak ingin tahu apakah sup yang mendidih deras menjadi makin panas kalau makin lama mendidih. Ia mengukur: sesudah satu menit mendidih, $100\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ ; sesudah sepuluh menit, tetap $100\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ . Apa yang diajarkan termometer kepadanya tentang air yang mendidih — dan tentang kedua tonggak air?

Solusi

Solusi Latihan 15.11.

Air yang mendidih tetap pada $100\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ betapa pun lamanya ia mendidih — tonggak itu adalah langit-langit: pemanasan tambahan menghasilkan lebih banyak uap, bukan air yang lebih panas. Justru itulah sebabnya $100\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ dapat dipilih sebagai tonggak yang tepercaya sejak semula.

Istilah yang didefinisikan dalam bab ini

Suhu

Lihat semua 393 istilah di glosarium