Suhu, Pemuaian, Kalor, Perpindahan Kalor, dan Penerapannya dalam Kehidupan Sehari-hari

Suhu

Suhu adalah ukuran yang menyatakan energi panas tersimpan dalam suatu benda. Benda bersuhu tinggi berarti memiliki energi panas yang tinggi, begitu juga sebaliknya. Suhu dapat diukur dengan menggunakan alat pengukur suhu seperti termometer. Dalam satuan SI, suhu memiliki satuan kelvin (K). Satuan ini memiliki nilai paling kecil 0 K, yang berarti suatu benda tidak memiliki energi panas sama sekali .

Pemuaian

Pemuaian adalah perubahan ukuran suatu benda akibat perubahan suhu. Benda yang dipanaskan akan mengalami peningkatan ukuran (pemuaian), sedangkan benda yang didinginkan akan mengalami penurunan ukuran (penyusutan). Pemuaian dapat terjadi pada benda padat, cair, maupun gas. Ada dua jenis pemuaian yang umum terjadi, yaitu pemuaian panjang dan pemuaian volume.

Pemuaian Panjang

Pemuaian panjang adalah perubahan panjang suatu benda akibat perubahan suhu. Rumus pemuaian panjang adalah:

ΔL=αL0​ΔT

Di mana:

• $\Delta L$ adalah perubahan panjang benda (m)
• $\alpha$ adalah koefisien pemuaian linier benda ($^\circ$C${-1}$)
• L0​ adalah panjang awal benda (m)
• $\Delta T$ adalah perubahan suhu benda ($^\circ$C)

Pemuaian Volume

Pemuaian volume adalah perubahan volume suatu benda akibat perubahan suhu. Rumus pemuaian volume adalah:

ΔV=βV0​ΔT

Di mana:

• $\Delta V$ adalah perubahan volume benda (m$^3$)
• $\beta$ adalah koefisien pemuaian volumetrik benda ($^\circ$C${-1}$)
• V0​ adalah volume awal benda (m$^3$)
• $\Delta T$ adalah perubahan suhu benda ($^\circ$C)

Kalor

Kalor adalah perpindahan energi panas yang terjadi dari benda bersuhu yang lebih tinggi ke benda bersuhu lebih rendah. Perpindahan ini mengakibatkan terjadinya percampuran suhu dari kedua benda tersebut. Kalor dapat diubah dari satu bentuk energi ke bentuk energi lainnya, misalnya dari energi kimia menjadi energi gerak atau sebaliknya .

Perpindahan Kalor

Perpindahan kalor dapat dibagi menjadi tiga jenis, yaitu konduksi, konveksi, dan radiasi .

Konduksi

Konduksi adalah perpindahan kalor tanpa disertai pergerakan permanen medium yang menjadi penghantar panas. Contoh peristiwa konduksi adalah rambatan panas pada material logam seperti besi, kawat, dan alumunium. Pada level molekuler, konduksi terjadi karena adanya tumbukan antara molekul berkecepatan lebih tinggi dengan molekul berkecepatan lebih rendah. Hal ini menghasilkan peningkatan energi kinetik molekular yang selanjutnya meningkatkan suhu.

Konveksi

Konveksi adalah perpindahan kalor seiring dengan perpindahan zat perantara atau medium. Contoh dari konveksi adalah pendinginan ruangan dengan AC dan pemanasan air. Pada level molekuler, peningkatan suhu akan berpengaruh pada peningkatan volume dan juga kerapatan medium. Medium yang lebih renggang akan bergerak ke atas, dan medium yang rapat bergerak ke bawah. Medium yang lebih renggang adalah medium yang bersuhu lebih rendah, sebaliknya medium lebih rapat berarti suhu lebih tinggi. Pergerakan antar medium inilah yang mengakibatkan perpindahan kalor.

Radiasi

Radiasi adalah perpindahan kalor tanpa dibutuhkan penghantar. Kalor ditransmisikan dengan emisi gelombang elektromagnetik. Pada level molekular, radiasi kalor terjadi karena pergerakan acak momentum dan atom akibat radiasi elektromagnetik.

Penerapan dalam Kehidupan Sehari-hari

Suhu, pemuaian, kalor, dan perpindahan kalor memiliki banyak penerapan dalam kehidupan sehari-hari. Berikut adalah beberapa contoh penerapannya:

• Termometer klinis adalah alat yang digunakan untuk mengukur suhu tubuh manusia. Termometer ini bekerja dengan prinsip pemuaian zat cair (biasanya raksa atau alkohol) akibat perubahan suhu.
• Jembatan besi adalah salah satu contoh penerapan pemuaian panjang. Jembatan besi akan mengalami pemuaian akibat panas matahari atau penyusutan akibat dingin malam. Untuk mengantisipasi hal ini, jembatan besi dibuat dengan celah-celah di antara relnya agar tidak retak atau melengkung.
• Termos adalah alat yang digunakan untuk menyimpan minuman panas atau dingin agar tetap pada suhu awalnya. Termos bekerja dengan prinsip isolasi kalor dari tiga jenis perpindahan kalor. Termos memiliki dinding ganda yang terpisah oleh ruang hampa udara untuk mencegah konduksi dan konveksi. Termos juga memiliki lapisan perak di dalamnya untuk memantulkan gelombang elektromagnetik dan mencegah radiasi.
• Oven adalah alat yang digunakan untuk memanggang atau memasak makanan dengan menggunakan panas. Oven bekerja dengan prinsip konveksi udara panas yang mengalir di dalam ruang tertutup. Udara panas akan memindahkan kalornya ke makanan yang diletakkan di dalam oven.
• Sinar matahari adalah sumber energi panas yang sangat penting bagi kehidupan di bumi. Sinar matahari mencapai bumi dengan cara radiasi melalui gelombang elektromagnetik. Sinar matahari dapat dimanfaatkan untuk berbagai keperluan, misalnya untuk mengeringkan pakaian, membuat listrik dengan panel surya, atau menumbuhkan tanaman.