SKALA TERMOMETRIK: RUMUS, CONTOH, LATIHAN YANG DISELESAIKAN - FISIK - 2025

The timbangan thermometric adalah mereka digunakan dalam pengukuran suhu, skala besarnya digunakan untuk mengukur energi panas dari suatu sistem. Alat yang digunakan untuk mengukur suhu, yaitu termometer, harus memiliki timbangan untuk dapat melakukan pembacaan.

Untuk membuat skala yang sesuai, Anda harus mengambil dua titik referensi dan membagi interval di antara keduanya. Pembagian ini disebut derajat. Dengan cara ini, suhu benda yang akan diukur, yang bisa berupa suhu kopi, bak mandi atau suhu tubuh, dibandingkan dengan referensi yang tertera pada instrumen.

Gambar 1. Pengukuran termometer dalam skala Celcius. Sumber: Pixabay.

Skala suhu yang paling umum digunakan adalah skala Celsius, Fahrenheit, Kelvin dan Rankine. Semuanya sama-sama cocok untuk mengukur suhu, karena titik yang dipilih sebagai titik referensi berubah-ubah.

Baik dalam skala Celsius maupun skala Fahrenheit, nol dari skala tersebut tidak menunjukkan tidak adanya suhu. Untuk alasan ini mereka adalah skala relatif. Di sisi lain, untuk skala Kelvin dan skala Rankine, 0 mewakili berhentinya aktivitas molekuler, oleh karena itu dianggap sebagai skala absolut.

Skala Celcius

Skala ini ditemukan oleh astronom Swedia abad ke-18 Anders C. Celsius (1701–1744), sekitar tahun 1735. Sangat intuitif, skala ini menggunakan titik beku dan titik didih air pada tekanan atmosfer normal (1 atm) sebagai titik referensi.

Air adalah zat universal yang sangat cocok untuk ini, dan nilainya mudah didapat di laboratorium.

Pada skala Celcius, titik beku air adalah yang bersesuaian dengan 0 ° C dan titik didih 100 ° C, meskipun awalnya Celsius mengusulkan sebaliknya dan kemudian urutannya terbalik. Di antara kedua nilai referensi ini terdapat 100 divisi yang identik, itulah sebabnya terkadang disebut sebagai skala celcius.

Persamaan

Untuk menetapkan kesetaraan antara derajat Celcius dan skala suhu lainnya, dua aspek harus dipertimbangkan:

-Hubungan antara skala Celcius dengan skala lain adalah linier, oleh karena itu berbentuk:

y = mx + b

-Anda harus mengetahui titik referensi kedua skala.

Contoh: kesetaraan antara skala Celsius dan Fahrenheit

Misalkan T _{ºC adalah} temperatur pada skala Celsius dan T _ºF adalah temperatur pada skala Fahrenheit, oleh karena itu:

Diketahui bahwa 0ºC = 32ºF dan 100ºC = 212ºF. Kami mengganti nilai-nilai ini di persamaan sebelumnya dan kami mendapatkan:

Ini adalah sistem dari dua persamaan linier dengan dua persamaan yang tidak diketahui, yang dapat diselesaikan dengan salah satu metode yang diketahui. Misalnya dengan reduksi:

________________

Mengetahui m, kita memperoleh b dengan substitusi:

Sekarang kita masukkan nilai m dan b ke dalam persamaan ekivalensi kita untuk mendapatkan:

T _{° C} = (5/9). T _ºF - (160/9) = (5T _ºF -160) / 9

Setara: T _{° C} = (5/9). (T _ºF - 32)

Persamaan ini memungkinkan penerusan derajat Fahrenheit ke derajat Celcius secara langsung, hanya dengan mengetikkan nilai di mana T _ºF muncul .

Contoh: kesetaraan antara skala Celsius dan Kelvin

Banyak percobaan telah dilakukan untuk mencoba mengukur suhu nol absolut, yaitu nilai di mana semua aktivitas molekuler menghilang dalam gas. Suhu ini mendekati -273 ºC.

Misalkan T _{K adalah} suhu dalam kelvin – kata "derajat" tidak digunakan untuk skala ini-, kesetaraannya adalah:

Artinya, skala berbeda karena skala Kelvin tidak memiliki nilai negatif. Dalam hubungan Celsius - Fahrenheit, kemiringan garis sama dengan 5/9 dan dalam hal ini sama dengan 1.

Kelvin dan derajat Celcius memiliki ukuran yang sama, hanya saja skala Kelvin, seperti dapat dilihat di atas, tidak menyertakan nilai suhu negatif.

Skala Fahrenheit

Daniel Fahrenheit (1686–1736) adalah seorang fisikawan kelahiran Polandia yang berasal dari Jerman. Sekitar tahun 1715, Fahrenheit membuat termometer dengan skala berdasarkan dua titik referensi yang dipilih secara sembarangan. Sejak itu banyak digunakan di negara-negara berbahasa Inggris.

Awalnya Fahrenheit memilih suhu campuran es dan garam untuk titik setel yang lebih rendah dan mengaturnya sebagai 0 °. Untuk poin lainnya, dia memilih suhu tubuh manusia dan mengaturnya pada 100 derajat.

Tidak mengherankan, ia mengalami kesulitan menentukan berapa suhu tubuh yang "normal", karena berubah sepanjang hari, atau dari satu hari ke hari berikutnya, tanpa perlu orang tersebut sakit.

Ternyata ada orang yang benar-benar sehat dengan suhu tubuh 99,1ºF, sedangkan untuk orang lain suhu tubuh normal 98,6ºF. Yang terakhir adalah nilai rata-rata untuk populasi umum.

Sehingga titik acuan skala Fahrenheit harus diubah untuk titik beku air yaitu pada 32ºF dan titik didih pada 212ºF. Akhirnya, skala itu dibagi menjadi 180 interval yang sama.

Ubah derajat Fahrenheit ke derajat Celsius

Dari persamaan yang ditunjukkan di atas, berikut ini:

Dengan cara yang sama, kita bisa menganggapnya seperti ini: skala Celsius memiliki 100 derajat, sedangkan skala Fahrenheit memiliki 180 derajat. Jadi, untuk setiap kenaikan atau penurunan 1 ºC, ada kenaikan atau penurunan sebesar 1,8 ºF = (9/5) ºF

Contoh

Menggunakan persamaan sebelumnya, temukan rumus yang memungkinkan Anda beralih dari skala Fahrenheit ke Kelvin:

Mengetahui bahwa: T _ºC = T _K - 273 dan mensubstitusikan persamaan yang telah disimpulkan, kita memiliki:

T _ºC = T _K - 273

Oleh karena itu: T _ºF = (9/5) (T _K - 273) + 32 = (9/5) T _K - 459,4

Skala kelvin

William Thomson (1824–1907), Lord Kelvin, mengusulkan skala tanpa titik referensi yang berubah-ubah. Ini adalah skala temperatur absolut yang menggunakan namanya, diusulkan pada tahun 1892. Skala ini tidak memiliki nilai temperatur negatif, karena absolut 0 adalah temperatur serendah mungkin.

Pada suhu 0 K, pergerakan molekul telah berhenti sama sekali. Ini adalah skala Sistem Internasional (SI), meskipun skala Celcius juga dianggap sebagai satuan aksesori. Ingatlah bahwa skala Kelvin tidak menggunakan "derajat", jadi suhu apa pun dinyatakan sebagai nilai numerik ditambah satuan, yang disebut "kelvin".

Sejauh ini belum mungkin untuk mencapai nol mutlak, tetapi para ilmuwan sudah cukup dekat.

Memang, di laboratorium yang berspesialisasi dalam suhu rendah, mereka telah berhasil mendinginkan sampel natrium hingga 700 nanokelvin atau 700 x 1010 ^-9 kelvin. Di sisi lain, di sisi lain, diketahui bahwa ledakan nuklir dapat menghasilkan suhu 100 juta kelvin atau lebih.

Setiap kelvin sama dengan 1 / 273,16 bagian suhu titik tripel air. Pada suhu ini, ketiga fase air berada dalam kesetimbangan.

Skala Kelvin dan skala Celsius dan Fahrenheit

Hubungan antara skala Kelvin dan Celsius adalah -rounding 273,16 sampai 273-:

Demikian pula, dengan substitusi, hubungan antara skala Kelvin dan Fahrenheit diperoleh:

Skala Rankine

Skala Rankine dikemukakan oleh William Rankine, seorang insinyur kelahiran Skotlandia (1820-1872). Seorang pelopor Revolusi Industri, dia memberikan kontribusi besar pada termodinamika. Pada tahun 1859 ia mengusulkan skala suhu absolut, menetapkan nol pada −459.67 ° F.

Pada skala ini besarnya derajat sama dengan pada skala Fahrenheit. Skala Rankine dilambangkan sebagai R dan seperti skala Kelvin, nilainya tidak disebut derajat, melainkan rankine.

Jadi:

0 K = 0 R = −459,67 ° F = - 273,15 ºC

Singkatnya, berikut adalah konversi yang diperlukan untuk pergi ke skala Rankine dari salah satu yang sudah dijelaskan:

Gambar 2. Konversi skala suhu Rankine. Sumber: F. Zapata.

Skala Réaumur

Skala suhu lain yang digunakan sebelumnya adalah skala Réaumur, yang dilambangkan sebagai derajat atau ºR. Saat ini tidak digunakan, meskipun banyak digunakan di Eropa sampai digantikan oleh skala Celcius.

Itu diciptakan oleh René-Antoine Ferchault de Réaumur (1683-1757) sekitar tahun 1731. Acuannya adalah: 0 ° R untuk titik beku air dan 80 ° R untuk titik didih.

Seperti yang bisa dilihat, ini bertepatan dengan skala Celsius di nol, tapi tentu saja tidak pada nilai lain. Ini terkait dengan skala celcius dengan:

Dan karena temperatur harus sama, maka T _ºC = T _ºF = x, maka berikut ini:

Saat T _ºC = -40 ºC, juga T _ºF = -40 ºF

Latihan 2

Steam yang keluar dari sebuah boiler berada pada suhu 610 ºR. Temukan suhu dalam derajat Fahrenheit dan derajat Celcius.

Larutan

Persamaan yang ditemukan di bagian skala Réaumur digunakan, oleh karena itu: T _ºC = (5/4) T _ºR = (5/4). 610 ° C = 762,5 ° C.

Anda kemudian dapat mengonversi nilai yang ditemukan ini ke derajat Fahrenheit, atau menggunakan konversi lain yang disebutkan:

Atau yang lainnya, yang memberikan hasil yang sama: T _ºR = (4/9) (T _ºF - 32)

Ini diselesaikan: T _ºF = (9/4) T _ºR + 32 = (9/4) 610 + 32 ºF = 1404,5 ºF.

Ringkasan Konversi

Singkatnya, tabel berikut ini memberikan konversi untuk semua skala yang dijelaskan:

Gambar 3. Tabel konversi untuk skala suhu. Sumber: F. Zapata.

Referensi

1. Timbangan Suhu. Diperoleh dari: thales.cica.es.
2. Knight, R. 2017. Fisika untuk Ilmuwan dan Teknik: Pendekatan Strategi. Pearson.
3. Tillery, B. 2012. Ilmu Fisika. McGraw Hill.
4. Wikipedia. Derajat Celsius. Diperoleh dari: es.wikipedia.org
5. Wikipedia. Derajat Fahrenheit. Diperoleh dari: es.wikipedia.org.
6. Wikipedia. Rankine. Diperoleh dari: es.wikipedia.org.