Apa yang ada di dalam benak kalian jika mendengar
banyak orang pada saat ini perlu diukur suhu
tubuhnya? Kenapa suhu pada tubuh seseorang atau
suatu benda begitu penting untuk diketahui?
Cobalah kalian menggosok-gosokan kedua
telapak tangan selama kurang lebih satu menit.
Setelah itu, tempelkan salah satu telapak tangan
tersebut ke pipi. Apakah kalian merasakan hangat
atau sedikit panas? Jika kalian belum merasakan
hangat di pipi, kalian boleh ulangi menggosok
telapak tangan dengan sedikit lebih lama. Rasa
hangat yang kalian rasakan di pipi itu adalah yang
kita kenal sebagai suhu.
Defenisi Suhu
Jadi, Apa yang Dimaksud Dengan Suhu?
Suhu pada dasarnya adalah besaran fisika yang hanya
dapat dirasakan oleh indra. Tubuh manusia dapat
merasakan suhu dalam bentuk rasa panas atau dingin.
Saat kalian menempelkan telapak tangan ke pipi atau
saat bermain di tengah terik Matahari, kulit terpapar
sinar Matahari yang menyengat dan kemudian otak
memberikan informasi rasa panas. Pun, ketika
minum air es, otak kita memberikan respon informasi
pengalaman rasa dingin. Tampak di sini bahwa suhu
adalah ukuran derajat atau tingkat panas suatu benda.
Saat malam hari menjelang tidur, ibu kalian
menyimpan makanan ke dalam lemari es atau kulkas
agar dapat dimakan kembali esok harinya. Mengapa
lemari es membuat makanan jadi lebih awet? Apakah
ada kaitannya dengan nilai suhu yang tinggi atau
rendah? Berapa nilai suhu yang termasuk kategori
tinggi atau rendah itu? Kalian dapat menanyakan
dan mendiskusikan perihal tersebut kepada orang
tua kalian di rumah.
Lemari es atau lemari pendingin adalah contoh
betapa pentingnya besaran suhu di dalam kehidupan
sehari-hari maupun dalam ilmu pengetahuan dan
teknologi.
Lemari Pendingin
Tahukah kalian bahwa bangsa Cina telah
memotong es dan menyimpannya dalam ruang
pendingin sekitar 1000 SM (sekitar 3000 tahun
yang lalu). Lima ratus tahun kemudian, ide
mendinginkan atau mengawetkan makanan
dilanjutkan oleh bangsa Mesir dan India
dengan membuat bangunan semacam pot besar
terbuat dari tanah dan pasir basah yang ditaruh
di malam yang dingin untuk memproduksi air
dingin di dalamnya.
Teknologi mesin pendingin skala rumahan dibuat untuk pertama kalinya
oleh ilmuwan Skotlandia bernama William Cullen pada tahun 1748. Baik
bangsa Cina, Mesir, India maupun lemeri es William Cullen, konsep Sains
yang digunakan untuk membuat mesin pendingin pada dasarnya adalah
dengan menurunkan suhu pada suatu ruang atau lemari penyimpan hingga
serendah mungkin pada nilai tertentu. Awalnya orang tidak mengetahui
sama sekali konsep Sains yang mendasarinya. Kemudian, teknologi yang
perlukan. Cara paling terkenal dan banyak dilakukan adalah dengan teknik
evaporasi atau menguapkan bahan kimia tertentu sehingga menghilangkan
panas pada ruang bagian dalam. Prinsipnya juga sama digunakan untuk
pendingin ruangan AC (Air Conditioner).
Kalian juga perlu tahu bahwa lemari es dan AC adalah dua teknologi
yang menghabiskan sekitar 20% dari total ketersedian energi di dunia tiap
tahunnya menurut jurnal ilmiah terbaru. Jadi, kalian bisa bantu menghemat
energi dengan pemakaian AC maupun lemari es ya.
Benda yang panas mempunyai derajat panas
lebih tinggi daripada benda yang dingin. Aktivitas
3.1 menunjukkan bahwa indra perasa memang dapat
merasakan tingkat panas bagian tubuh. Akan tetapi,
indra perasa bukan pengukur tingkat panas yang baik.
Benda yang tingkat panasnya sama dirasakan berbeda
oleh punggung tangan kanan dan kiri kalian. Jadi,
suhu benda yang diukur dengan indra perasa seperti
kulit menghasilkan ukuran suhu yang tidak dapat
dipakai sebagai acuan atau tidak pasti. Bagaimana
kita mengetahui secara akurat suhu tubuh seseorang
ketika ia menujukkan gejala demam?
Untuk itulah suhu harus diukur dan dinyatakan
secara pasti dengan angka serta alat ukur suhu yang
memiliki skala atau ukuran.
Mengapa Kita Memerlukan Alat Ukur Suhu?
Selain mengetahui suhu tubuh secara pasti, bagaimana
kita mengetahui suhu yang pas untuk menyimpan
makanan di lemari es? Pada suhu berapa daging yang
dimasak sudah dapat dimakan dengan aman bagi
tubuh? Untuk beberapa informasi penting tersebut
kita memerlukan informasi nilai suhu dengan akurat
melalui alat pengukuran yang telah teruji dan diakui.
Alat yang digunakan untuk mengukur suhu
dinamakan termometer. Prinsip kerja dari termometer
adalah keseimbangan derajat suhu. Termometer akan
menerima suhu dari lingkungan sekitar/ benda yang
akan diuji. Secara alamiah, suhu akan mengalir dari
derajat yang lebih tinggi ke derajat yang lebih rendah.
Konsep ini dikenal juga sebagai Azas Black atau juga
Hukum 1 Termodinamika.
Apakah semua termometer sama jenisnya? Tidak,
Termometer dapat dibuat dalam berbagai jenis. Jenisjenisnya akan disesuaikan dengan kegunaannya masingmasing. Jangkauan pengukuran satu termometer dengan
termometer lainnya berbeda, sesuai dengan tujuan dan
di mana termometer itu akan digunakan. Gambar 3.3
memperlihatkan sejumlah termometer yang digunakan
di rumah sakit, laboratorium dan industri.
Termometer yang digunakan untuk mengukur
suhu tubuh hanya memiliki skala di sekitar 30 °C
– 50 °C. Mengapa demikian? Penyebabnya adalah
karena tidak ada manusia yang memiliki suhu tubuh
di bawah 30 0
C dan di atas 50 °C. Berbeda jika kita
ingin mengukur suhu tungku peleburan pada pabrik
besi yang bisa mencapai 1.000 °C. Berbeda pula
termometer yang dapat mengukur suhu lemari es
yang dapat mencapai suhu rendah -10 °C. Karena
pada suhu rendah tersebut memungkinkan bakteri
tidak rumbuh di dalam makanan. Tumbuhnya
berbagai macam bakteri pada makanan akan
menyebabkan makanan menjadi busuk atau basi.
Pada berita tersebut tertulis “Mereka telah
memanaskan virus dengan suhu mencapai 140 derajat
Fahrenheit atau 60 derajat Celcius”.
Kenapa tertulis 140 derajat Fahrenheit? Apakah
Fahrenheit adalah skala suhu? Jika Fahrenheit adalah
skala suhu, kenapa bukan dinyatakan dalam derajat
Celcius (°C) saja seperti yang sering kalian dengar di
Indonesia? Kenapa nilainya berbeda?
Mengapa Kita Perlu Mengetahui Skala Suhu?
Contoh di atas adalah pentingnya kita memahami
perbedaan skala suhu yang ada dan diakui oleh
dunia. Kita juga perlu mengatahui skala suhu apa
yang sepakati oleh seluruh ilmuwan dan masyarakat
di dunia. Tujuannya adalah agar tidak terjadi
kesalahpahaman fatal berkaitan dengan derajat panas
yang dimaksud sebenarnya.
Ilmuwan yang terdapat pada berita tersebut berasal
dari negara Prancis. Secara kultur budaya, informasi
mengenai angka suhu di benua Eropa disampaikan
melalui skala Fahrenheit (°F). Masyarakat di sana
juga lebih mengenal ‘rasa’ dari derajat Fahrenheit. Jika
kalian berkesempatan berkunjung ke negara-negara
di Eropa atau Amerika Serikat, maka kalian tidak
akan mendapati informasi suhu dalam skala Celcius
seperti halnya di Indonesia. Kalian akan kesulitan
menentukan panas atau dinginnya suatu ruang atau
benda yang kalian pegang.
Untuk itu kita membutuhkan ukuran
pembanding atau yang dikenal sebagai skala. Skala
suhu menunjukkan seberapa besar nilai suhu benda
yang sedang diukur. Kemudian, agar semua orang
di seluruh dunia menyimpulkan nilai suhu yang
sama maka perlu ditetapkan skala suhu secara
internasional. Skala suhu yang disepakati oleh
ilmuwan dan diakui dunia. Banyak skala suhu yang
telah diusulkan para ahli.
Bagaimana Menentukan Skala Suhu?
Pada saat menetapkan skala suhu, maka orang
perlu menentukan dua peristiwa di mana suhunya
ditetapkan terlebih dahulu. Dua peristiwa tersebut
harus dapat dihasilkan ulang secara mudah dan
teliti di mana pun berada. Dua peristiwa yang sering
digunakan sebagai acuan penetapan adalah peleburan
es pada tekanan normal dan air mendidih pada tekanan
normal (satu atmosfer).
Aktivitas 3.2 yang telah kalian lakukan
merupakan metode atau teknik yang juga dilakukan
untuk menentukan skala pada termometer yang diakui
dunia hingga saat ini. Dengan cara demikian, ilmuwanilmuwan yang bernama Celcius, Fahrenheit, dan
Reamur membuat skala termometernya masingmasing.
Cara penetapan skala suhu Celcius tidak beda
jauh dengan cara penentuan skala suhu Reamur.
Skala rendah suhu Celcius dan Reamur ditetapkan
sama yaitu sebagai suhu es murni yang sedang
melebur pada tekanan satu atmosfer sebesar suhu
0 derajat. Sedangkan skala tertinggi yaitu suhu air
murni yang sedang mendidih pada tekanan satu
atmosfer diterapkan sebagai suhu 80 derajat untuk
Reamur dan 100 derajat untuk Celcius.
Penetapan skala suhu Fahrenheit sedikit berbeda
dengan penetapan skala Celcius dan Reamur. Skala
suhu terendah Fahrenheit ditetapkan dari suhu
es murni yang sedang melebur pada tekanan satu
atmosfer sebagai suhu 32 derajat. Suhu tertinggi
pada air murni yang sedang mendidih pada tekanan
satu atmosfer diterapkan sebagai suhu 212 derajat.
Jadi, ketika kalian memanaskan es yang sedang
melebur sehingga menjadi air yang sedang mendidih
pada tekanan 1 atmosfer maka kita menaikkan suhu
sebesar (212 – 32) = 180 derajat skala Fahrenheit,
atau 180 0
F.
Jika suhu zat terus didinginkan maka zat
tersebut akan berubah wujud dari gas menjadi cair,
lalu berubah menjadi padat. Jika diturunkan terus
menerus maka getaran atom-atom dalam zat makin
lambat. Ketika diturunkan lagi maka atom-atom zat
tidak bergerak lagi atau diam. Untuk semua zat yang
ada di alam semesta didapatkan bahwa suhu ketika
semua partikel tidak bergerak lagi sama dengan
-273° C. Skala Kelvin menggunakan nol mutlak,
tidak menggunakan “derajat” (tidak dituliskan
dalam satuan derajat). Pada suhu nol Kelvin, tidak
ada energi panas yang dimiliki benda. Kelvin
merupakan skala suhu dalam SI. Dengan demikian,
hubungan antara skala kelvin dan celius adalah
Skala kelvin = Skala celcius + 273
Perbedaan antara keempat skala suhu di atas
adalah angka pada titik tetap bawah dan titik tetap
atas pada skala termometer tersebut seperti yang
ditunjukkan pada Gambar 3.7.
Perbandingan Skala Suhu
Agar lebih mudah kalian dapat menuliskan
perbandingan skala suhu adalah sebagai berikut.
Skala Celcius : Fahrenheit : Reamur : Kelvin
100 : 180 : 80 : 100
Skala Celcius : Reamur : Fahrenheit : Kelvin
5 : 9 : 4 : 5
Dengan memperhatikan titik acuan bawah
(dibandingkan dari nol semua)
Maka perbandingan suhunya adalah
t : (t-32) : t : (t – 273) = 5 : 9 : 4 : 5
Perbandingan di atas dapat digunakan untuk
menentukan konversi skala suhu. Sebagai contoh,
konversi skala suhu dari Celcius ke Fahrenheit.
Tentukanlah nilai suhu dalam skala Fahrenheit
jika diketahui besar suhu dalam Celcius adalah
45 °C.
Dengan menggunakan persamaan perbandingan
suhu didapatkan
T_f=\frac{9}{5}t+32
