Fisika Kelas 7 | Kenapa dalam Suhu Terdapat 4 Skala? (Fahrenheit, Celsius, Kelvin, Reamur)

suhu celsius fahrenheit kelvin reamur

Artikel ini membahas tentang definisi suhu, 4 skala ukuran suhu (Fahrenheit, Celsius, kelvin, Reamur) dan bagaimana cara mengonversinya

--

Setelah adanya pandemi corona ini, mengukur suhu tubuh kayaknya udah jadi hal yang biasa aja ya. Sewaktu mau pergi ke tempat perbelanjaan, atau tempat umum di luar, di pintu masuk akan ada petugas yang meletakkan alat berbentuk seperti pistol ke jidat kita.

meme suhu ambis

“Yak, \(36{,}5^{\circ}\) . Silakan masuk!”

Beberapa orang mungkin akan masuk sambil mengucapkan terima kasih. Sementara beberapa yang lain, masuk sambil terbingung-bingung, “Maksudnya apa sih? Ada apa dengan jidatku dan \(36{,}5^{\circ}\)? Jidatku miring apa gimana nih?”

Begini.\(36{,}5^{\circ}\) yang dimaksud adalah suhu tubuh kamu. Suhu adalah ukuran panas atau dinginnya suatu benda. Artinya, semakin tinggi suhu suatu benda, maka semakin panas benda tersebut. Kok bisa begini? Well, sebetulnya, suhu itu berhubungan dengan energi kinetik.

Suhu yang tinggi, artinya, molekul yang menyusun benda tersebut mempunyai rata-rata energi kinetik yang tinggi.

Energi kinetik? Bukannya itu energi yang dimiliki benda ketika bergerak ya? Tapi kan benda padat bisa juga panas, trus waktu benda itu panas, bendanya juga gak bergerak ke mana-mana. Trus energi kinetiknya dari mana? Kan kalau bendanya padat, dia dalam keadaan diam...

Nah, ini yang kalian harus berhati-hati, energi kinetik molekul bukan hanya energi yang mengakibatkan gerakan berpindah molekul, tapi juga gerak berputar dan bergetar.

Jadi, meskipun benda padat kelihatannya sedang diam, jika kalian lihat ke dalam partikel penyusunnya, kalian akan bisa melihat partikel-partikel tersebut sedang bergetar.

Nah, yang kalian rasakan sebagai panas atau dingin, itu sebenarnya hanyalah sensor di kulit kalian yang sedang menerima energi kinetik dari partikel-partikel benda yang sedang disentuh (merasa panas), atau memberikan energi kinetik ke partikel-partikel benda yang sedang disentuh (merasa dingin).

Coba deh, kalau kalian gesek-gesekkan permukaan tangan kalian, jadi panas kan? Itu karena ketika gesekan terjadi, partikel pada permukaan kulit saling bertabrakan dan partikel kulit kalian bergetar lebih cepat dan ini dirasakan sebagai panas.

Energi kinetik tinggi ->  suhu tinggi -> dideteksi kulit -> rasa panas

Jadi rasa panas itu sebenarnya adalah sensor kulit kalian lagi ngomong ke otak kalian, "woy, yang di sebelah sini partikelnya rata-rata energi kinetiknya lebih tinggi dari rata-rata energi kinetik kita lho."

Dan di situlah masalahnya. Rasa panas dan dingin adalah relatif terhadap kulit tersebut, jadi ketika kulitnya suhunya rendah, bendanya harus suhunya lebih rendah lagi baru terasa dingin, dan ketika kulitnya suhunya tinggi, bendanya harus suhunya lebih tinggi lagi baru terasa panas.

Kalian mungkin pernah melakukan eksperimen ini waktu kecil, tangan kiri diletakkan di air dingin, tangan kanan diletakkan di air hangat. Keduanya didiamkan agak lama untuk membuat suhu tangan kiri rendah, dan suhu tangan kanan tinggi.

Lalu ketika kedua tangan tersebut diletakkan di air dengan suhu ruangan, yang kiri merasa panas (karena suhunya lebih tinggi dari tangan kiri) dan yang kanan merasa dingin (karena suhunya lebih rendah dari tangan kanan)

Berarti panas atau dingin itu subjektif, tergantung apa yang mengukur. Tapi kan kita ilmuwan ya? Jadi harus objektif, jadi kita tidak menggunakan rasa panas atau dingin lagi, tapi kita mengukur suhu.

perbedaan suhu dan kalor

Nah, gimana cara kita mengukur suhu? Ada sebuah alat yang bernama termometer. Pada umumnya, termometer berbentuk seperti pipa kecil panjang yang di dalamnya terdapat air raksa dan skala-skala. Cara melihat berapa suhunya dengan mengecek di mana permukaan air raksa terhadap skalanya.

Kayak gini contohnya:

suhu dan temperatur

Merah = benda panas | Biru = benda dingin (Sumber: CrashCourse via Youtube)

Saat termometer dimasukkan ke dalam air yang suhunya lebih tinggi dari suhu termometer, partikel-partikel air raksa dalam termometer akan menerima energi dari air tersebut. Partikel-partikel air raksa lalu akan bergetar dengan lebih cepat, dan akibatnya, mereka akan saling bertabrakan satu sama lain dengan lebih kuat.

Ini mengakibatkan efek pemuaian air raksa, nah, air raksa ini karena ditaruh di pipa kecil yang panjang, ketika dia memuai, permukaan air raksanya akan bergerak naik.

Semakin panas airnya, semakin besar pemuaian air raksa di dalam termometer.

Tapi anehnya, ketika air mendidih, permukaan air raksa dalam termometer akan diam. Lho, kok begitu? Kan kalau airnya sedang dididihkan, berarti energi air sedang meningkat? Nah, energi airnya memang sedang meningkat, tapi pada saat airnya mendidih, energi tersebut sedang digunakan untuk mengubah fasa air dari cair ke gas. Jadinya, ketika air sedang mendidih, suhunya tidak naik meskipun energinya naik.

Nah, kalau kamu coba iseng dengan mendinginkan air itu, hal yang sebaliknya kan terjadi, partikel air raksa akan kehilangan energi, dan akan bergetar dengan lebih lambat. Apa yang lalu terjadi? Mereka bertabrakan dengan satu sama lain dengan lebih lemah.

Ini mengakibatkan efek penyusutan volume air raksa. Lalu, permukaan air raksa akan turun. Pada saat air berubah menjadi es, permukaan air raksa akan diam, sama seperti ketika air sedang mendidih, tapi di posisi yang berbeda pada termometer.

JIka eksperimen ini diulangi pada kondisi yang sama persis, posisi permukaan air raksa pada termometer akan selalu sama ketika air membeku dan ketika air mendidih.

 
 
 
 
 
 
 

Hah? Maksudnya gimana tuh?

Artinya, saat perubahan wujud air, suhunya akan selalu tetap segitu-gitu aja. Nggak kayak suhu tubuh kamu yang bisa berubah-ubah. Kapanpun kamu mengecek suhu saat air berubah menjadi es, atau air jadi uap, suhunya akan selalu segitu.

Suhu yang tetap ini kemudian dijadiin patokan, deh, sama para ilmuwan.

Titik pada saat air berubah menjadi es, dijadikan titik tetap bawah.

Titik pada saat air berubah menjadi uap, dijadikan titik tetap atas.

bagian-bagian termometerBagian-bagian termometer

Sekarang kamu udah tahu, kan, kayak apa konsep suhu dan termometer. Kita lanjut tentang berbagai skala suhu yang ditemukan ilmuwan, yuk!

4 skala pengukuran suhu

Pada mulanya, fisikawan Jerman bernama Daniel Gabriel Fahrenheit berhasil menemukan termometer alkohol pada 1709 dan termometer air raksa di 1714.

Nah, tapi Pak Renheit ini, waktu pertama kali dia membuat skala Fahrenheit, tidak menggunakan titik beku air sebagai titik tetap bawah dan titik didih air sebagai titik tetap atas.

Pada mulanya, skala Fahrenheit menggunakan tiga titik referensi, temperatur campuran antara air, es, dan garam (amonium klorida) sebagai \(0^{\circ}\). Suhu air es (gak pakai garam) \(30^{\circ}\), dan suhu tubuh standar manusia \(96^{\circ}\) (sebenarnya dia agak capcipcup juga jadi kurang akurat, karena harusnya \(98{,}6^{\circ}\))

skala fahrenheit

Nah, baru dari sini, dia mengukur kalau temperatur air saat mendidih (apa tadi? Yak betul! Batas atas!) ada di angka \(212^{\circ}F\). Sementara titik beku air ada di angka \(32^{\circ}\) (yak tul, titik bawah. Sehingga si temperatur ini punya selang sebesar \(180^{\circ}\).

Puluhan tahun kemudian, di 1731, René Antoine Ferchault de Réaumur mengusulkan skala yang lain. Pada mulanya, dia membuat termometer dengan alkohol (walaupun sekarang udah diganti dengan air raksa) dan membuat ketetapan titik beku air \(0^{\circ}R\) dan titik didih sebesar \(80^{\circ}R\).

Kenapa angka itu yang dipilih?

Menurut Réaumur, sih, soalnya angka 80 itu gampang dibagi 2. Bisa jadi 40, 20, 10, 5. Dibandingkan angka 100 yang cuma bisa 2 kali dibagi 2.

skala reamur

Skala Réaumur ini tadinya ngetren banget dipakai sama orang Eropa. Apalagi Prancis dan Jerman. Yah, walaupun sekarang udah jarang banget sih. Paling yang make cuma industri permen dan keju aja.

Di sisi lain, ada juga astronom Swedia yang bernama Anders Celsius yang menemukan skala tersendiri pada tahun 1742. Kalibrasi skalanya dihitung dengan sederhana. Dia memilih untuk membuat titik beku air dan titik didih air untuk referensinya. Dia membuatnya ke dalam selang \(100^{\circ}\). Dengan \(0^{\circ}C\) sebagai titik beku air (titik tetap bawah) dan \(100^{\circ}C\) sebagai titik didih (titik tetap atas).

skala celsius

Dalam penelitian ilmiah, skala Celsius ini lebih sering digunakan dan termasuk ke dalam Sistem Internasional (SI). Makanya, selain Amerika Serikat, banyak buanget negara yang menggunakan skala Celsius ini sebagai skala suhu. Kayak di Indonesia, misalnya, yang ketika ngomongin soal suhu, langsung terpatok ke skala Celsius.

Nggak cuma tiga itu aja. Ada orang Eropa lain yang juga ikutan bikin skala-skala ini. Dia dari Skotlandia. Namanya Lord William Kelvin. Berbeda dengan skala lain, Kelvin menggunakan konsep nol mutlak sebagai batas bawahnya.

Begini. Secara teoritis, suhu terendah di alam ini adalah suhu yang membuat semua gerakan molekul berhenti dan kita gak bisa mendeteksi adanya energi lagi.

Nah, dia menggunakan ini sehingga titik nol-nya, kalau diukur dengan Celsius adalah \(-273{,}15^{\circ}C\).

skala kelvin-1

Maka, ketemu lah kalau titik beku air (titik tetap bawah) ada di 273,15K dan titik didihnya 373,15K (secara teori, ini sama aja kayak Celsius. Cuma dia menggunakan titik nol mutlak aja sebagai "the real nol").

Sama kayak Celsius, Kelvin ini juga masuk ke Standar Internasional (SI) yang biasa dipakai untuk pengukuran ilmiah. Karena, secara teoritis, gak ada yang lebih rendah dari suhu nol mutlak (makanya di Kelvin kamu gak bakal nemu suhu minus (-) gitu). Di kelvin juga kamu gak perlu menulis dengan derajat (\(^{\circ}\)). Jadi langsung aja 273K, gitu.

Sebenarnya, sih, di luar keempat ini masih ada skala pengukuran suhu yang lain kayak Rankine, Newton, dan Romer. Tapi, bisa dibilang itu kurang populer dan gak banyak yang make. Makanya yang terkenal 4 ini aja.

latihan konversi suhu

Kalau kamu lihat pada infografis di bawah, kita sebenarnya bisa aja mengubah skala dari satu jenis skala ke skala yang lain. Caranya pun gampang banget. Kita hanya perlu menyamakan titik bawah terlebih dahulu dari skala yang mau kita ubah, baru deh cari perbandingannya.

perbandingan skala pada suhu

Sekarang kita tinggal kurangkan titik atas dan bawah dari masing-masing skala.

Celsius (C) : Fahrenheit (F) : Reamur (R) : Kelvin (K)

(100-0) : (212-32) : (80-0) : (373-273)

100 : 180 : 80 : 100

Tinggal kita sederhanakan deh:

\(\Delta ^{\circ}C\) : \(\Delta ^{\circ}F\) :\(\Delta ^{\circ}R\) :\(\Delta K\)

5 : 9 : 4 : 5

Itu segitiga segitiga apa deh? Itu simbol di Fisika yang artinya perubahan/perbedaan.

Apa sih ini artinya? Artinya gini, untuk setiap kenaikan/penurunan \(5^{\circ} C\) = kenaikan/penurunan \(9^{\circ} F\) = kenaikan/penurunan \(4^{\circ} R\) = kenaikan/penurunan \(5 K\).

Nah, perbandingan naik dan turun itulah yang akan kita gunakan untuk mengonversi suhu di tiap skala.

Tapi selalu harus mulai dari salah satu titik tetap ya? Mau yang atas atau yang bawah terserah, tapi biasanya sih pakai titik tetap bawah.

Coba kita mulai ya.

Misal, \(176^{\circ} F\) itu berapa \(^{\circ} C\)?

Pertama-tama, kita putuskan dulu pakai titik tetap bawah atau atas

Pakai titik tetap bawah aja ya biar seperti biasanya. 

Titik tetap bawah Fahrenheit masih ingat? \(32^{\circ} F\) ya...

Nah \(176^{\circ} F\) itu kenaikannya berapa \(^{\circ} F\) dari titik tetap bawah \(32^{\circ} F\)?

Tinggal dikurangin ya,\[176^{\circ} F - 32^{\circ} F = +144^{\circ} F \]

Nah, tapi kan kita tahu hubungan kenaikan Fahrenheit dan Celcius, yaitu \[+9^{\circ} F = +5^{\circ} C\]

Berarti pakai konsep rasio, \[\begin{aligned}+144^{\circ} F &= +\frac{5}{9} \times 144^{\circ} C \\~\\ &= +80^{\circ} C \end{aligned}\]

Tapi, titik tetap bawah ini kan sama dengan \(0^{\circ} C\), berarti suhunya sama dengan kenaikan \(80^{\circ} C\) dari \(0^{\circ} C\) = \(80^{\circ} C\)

Formulanya jadi gak usah dihafal, karena kita tau kenapanya...

Lalu kalau sudah mahir, bisa langsung, \[\begin{aligned}176^{\circ} F &= \left(\frac{5}{9}\times (176^{\circ}-32^{\circ}) + 0^{\circ} \right)C \\~\\&= \left(\frac{5}{9}\times 144^{\circ}\right)C \\~\\&= 80^{\circ}C\end{aligned}\]

Gampang kaaan. Yang penting kamu tahu berapa skala di tiap-tiap suhunya ya. Kalau masih pengin nyoba dan latihan konversi suhu, kamu bisa ke artikel Hal yang Perlu Kamu Tahu tentang Cara Konversi Suhu dan Termometer.

Jadi, kenapa sampai sekarang kita punya 4 skala ukur suhu? Ya, jawabannya karena ada 4 orang penemu andal dan untuk menghargainya, kita bisa menggunakan skala ukur tersebut dengan nama-nama mereka. Meski terkesan “kok beda-beda”, tapi sebenarnya tidak ada yang salah di antara mereka. Mereka cuma menggunakan dasar pemikiran untuk kalibrasi yang berbeda aja. Itu lah serunya ilmu pengetahuan! Yang penting adalah landasan pemikiran dan bagaimana kita mengambil kesimpulan dari proses yang kita kerjain itu. Jadi, gak cuma melihat “angka hasilnya” aja. Buat kamu yang pengin tahu materi pelajaran kayak gini dalam bentuk video, yuk tonton ruangbelajar! Di sana kamu akan ditemani master teacher yang udah berpengalaman banget lho!

ruangbelajar

Beri Komentar