FISIKA SMA - Ilmu Pengetahuan

Sistem dan lingkungan

Pengertian Sistem dan lingkungan

Sistem adalah sebuah benda atau sekumpulan benda yang hendak diteliti. Benda-benda lainnya di alam semesta dinamakan lingkungan. Biasanya sistem dipisahkan dengan lingkungan menggunakan “penyekat/pembatas/pemisah”.

Misalnya kita hendak menyelidiki air yang berada di dalam termos. Air yang ada di dalam termos merupakan sistem, sedangkan udara dan benda-benda lainnya yang berada diluar termos merupakan lingkungan. Dinding termos, baik dinding kaca pada bagian dalam termos maupun dinding plastik pada bagian luar termos berfungsi sebagai penyekat alias pemisah. Termos air merupakan salah satu ilustrasi.

Kalor laten

Pengertian Kalor laten

Jika anda memasukkan termometer raksa ke dalam sebuah wadah yang berisi campuran air dingin dan es, anda akan mengamati setelah bergerak ke bawah, permukaan raksa diam atau tidak bergerak lagi. Permukaan raksa berhenti bergerak setelah mencapai suhu titik lebur air atau titik es atau titik beku air (0 ^oC). Jika wadah terbuka maka kalor mengalir dari udara bersuhu lebih tinggi menuju campuran es dan air yang bersuhu lebih rendah. Adanya tambahan kalor dari udara menyebabkan es mencair. Selama es mencair, apakah suhu campuran es dan air berubah ? Selama es mencair, suhu campuran air dan es tidak berubah.

Kalor jenis

Kalor jenis (c) adalah banyaknya kalor (Q) yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu (T) satu satuan massa (m) benda sebesar satu derajat. Rumus c :

Satuan Internasional adalah J/Kg K.

Kalor jenis benda berubah terhadap suhu. Jika perubahan suhu tidak terlalu besar maka nilainya dapat dianggap tetap. Berikut ini nilai c untuk beberapa benda pada tekanan 1 atm dan suhu 20 ^oC (diperoleh melalui percobaan).

Rumus kalor

Jika benda yang memiliki perbedaan suhu saling bersentuhan, secara alami kalor berpindah dari benda bersuhu tinggi menuju benda bersuhu rendah. Perpindahan kalor terhenti setelah kedua benda setimbang termal. Dapat dikatakan bahwa perpindahan kalor menyebabkan perubahan suhu benda-benda yang saling bersentuhan. Berdasarkan penjelasan singkat ini, disimpulkan bahwa kalor (Q) memiliki keterkaitan dengan suatu benda dan perubahan suhu (delta T) benda tersebut. Setiap benda mempunyai massa (m) dan jenis benda juga berbeda-beda.

Tara kalor mekanik

Satuan kalor adalah kalori (disingkat kal). Kalori adalah jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikan suhu 1 gram air sebesar 1 C^o (tepatnya dari 14,5 ^oC menjadi 15,5 ^oC). Jumlah kalor yang diperlukan berbeda-beda untuk suhu air yang berbeda. Untuk jumlah kalor yang sama, kenaikan suhu air sebesar 1 C^o hanya terjadi antara suhu 14,5 ^oC sampai 15,5 ^oC. Satuan kalor yang sering digunakan, terutama untuk menyatakan nilai energi makanan adalah kilokalori (kkal). 1 kkal = 1000 kalori. Nama lain dari 1 kkal = 1 Kalori (huruf K besar). Satuan kalor untuk sistem Bristish adalah Btu (British thermal unit = satuan termal Inggris). 1 Btu = jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 pound air sebesar 1 F^o (Tepatnya dari 63 ^oF menjadi 64 ^oF) .

Anomali air

Pengertian Anomali air

Setiap benda memuai (volume benda bertambah) ketika suhu benda bertambah dan benda menyusut (volume benda berkurang) ketika suhu benda berkurang. Air juga memuai ketika suhunya bertambah dan menyusut ketika suhunya berkurang, tetapi tidak pada suhu 0^oC – 4^oC. Antara suhu 0 ^oC sampai 4 ^oC, volume air berkurang (air menyusut) seiring bertambahnya suhu. Jika kita memanaskan air pada suhu 0 ^oC, semakin panas air, semakin berkurang volume air. Proses penyusutan terhenti ketika air mencapai suhu 4 ^oC. Di atas 4 ^oC, volume air bertambah (air memuai) seiring bertambahnya suhu. Sebaliknya, air memuai (volume air bertambah) ketika suhunya berkurang dari 4 ^oC sampai 0 ^oC. Keanehan air ini dikenal dengan sebutan anomali air.

Pemuaian

Jika anda amati kabel listrik secara saksama, tampak kabel listrik melengkung ke bawah karena kendur. Mengapa kabel listrik sengaja dikendurkan, mengapa tidak ditegangkan saja ? Kebanyakan atap rumah di Flores dan Lembata, Nusa Tenggara Timur, terbuat dari seng (Zn). Pada siang hari atau pada malam hari, atap rumah yang terbuat dari seng menimbulkan bunyi. Mengapa seng berbunyi ? Jika anda tinggal di pulau Jawa, mungkin anda pernah mengamati rel kereta api. Pada sambungan rel terdapat celah. Apa fungsi celah pada sambungan rel ? Masih banyak hal yang dapat anda pikirkan dan pertanyakan berkaitan dengan pokok bahasan pemuaian.

Termometer gas

Jika kita mengkalibrasi termometer yang jenisnya berbeda, misalnya termometer air raksa dan termometer alkohol, skala kedua termometer tersebut sama hanya pada 0 ^oC (atau 32 ^oF) dan 100 ^oC (atau 212 ^oF). Apabila kita menggunakan kedua termometer tersebut untuk mengukur suhu udara, angka yang ditunjukkan masing-masing termometer belum tentu sama. Bisa saja termometer air raksa menujukkan angka 48 ^oC, sedangkan termometer alkohol menunjukkan angka 46 ^oC. Hal ini disebabkan karena kecepatan pemuaian raksa dan alkohol berbeda. Demikian juga dengan jenis termometer yang lain, seperti termometer bimetal dll. Skala suhu yang ditetapkan dengan cara ini sangat bergantung pada sifat materi yang digunakan.

Konversi suhu

Skala Celcius dan skala Fahrenheit merupakan skala suhu yang berbeda. Jika suhu suatu benda diukur dan dinyatakan dalam skala Celcius, lalu kita hendak menyatakan suhu benda dalam skala Fahrenheit maka kita mengubahnya dari skala Celcius menjadi skala Fahrenheit. Pada bagian ini kita belajar mengubah atau melakukan konversi suhu.

Pada tekanan 1 atm, suhu titik es untuk termometer berskala celcius = 0 ^oC, sedangkan termometer berskala Fahrenheit = 32 ^oF. Sebaliknya, pada tekanan 1 atm, suhu titik uap untuk termometer berskala Celcius = 100 ^oC, sedangkan termometer berskala Fahrenheit = 212 ^oF. Amati gambar di bawah!

Skala termometer

Jenis Skala termometer

Agar termometer bisa digunakan untuk mengukur suhu maka perlu ditetapkan skala. Terdapat dua skala termometer yang sering digunakan, antara lain skala Celcius dan skala Fahrenheit. Skala suhu yang sering digunakan di Indonesia adalah skala Celcius. Nama lain skala Celcius adalah skala centigrade. Centigrade = seratus langkah. Skala Fahrenheit sering digunakan di Amerika Serikat atau negara yang mempunyai musim dingin. Skala suhu yang cukup penting dalam bidang sains adalah skala mutlak atau skala Kelvin. Mengenai skala Kelvin akan dibahas kemudian.

Titik tetap skala Celcius dan skala Fahrenheit menggunakan titik beku dan titik didih air. Titik beku suatu zat merupakan suhu di mana wujud padat dan wujud cair berada dalam kesetimbangan termal. Sebaliknya, titik didih suatu zat merupakan suhu di mana wujud cair dan wujud gas berada dalam kesetimbangan termal. Titik beku dan titik didih selalu berubah terhadap tekanan udara karenanya tekanan udara perlu ditetapkan terlebih dahulu. Biasanya kita menggunakan tekanan standar, yakni 1 atm (satu atmosfir). Atmosfer adalah salah satu satuan tekanan udara.