Mengapa kelvin dipilih sebagai satuan suhu internasional
Assalamu'alaikum Wr Wb
Pada
kesempatan kali ini saya akan membagikan materi fisika, kenapa kelvin
dijadikan satuan internasional untuk suhu. telah kita ketahui bahwa
satuan suhu yang sering kita gunakan adalah Celcius. Tetapi kenapa para
ilmuan kok malah milih kelvin, bukannya Celcius. sebelum menjelaskan
lebih panjang lagi. Simak terlbih dahulu sejarahnya di bawah ini.
Thomson
sangat ingin tahu tentang sifat suhu. Secara khusus dia tertarik pada Charles
'hukum, ditulis oleh fisikawan Perancis Jacques-Alexandre-César Charles.
Hukum-Nya menyatakan bahwa ketika gas didinginkan dari 0˚ celsius, berkurang
volumenya 1 / 273 untuk setiap derajat drop. Meskipun undang-undang ini telah
terbukti dan terbukti lagi, hal itu disajikan implikasi yang mengganggu: jika
suhu dikurangi menjadi -273° C, volume gas akan berkurang menjadi 0 (kehilangan
273/273). Tidak ada ilmuwan yang bisa menjelaskan bagaimana masalah itu tidak
mengambil volume - yaitu, sampai Thomson.
Thomson
mengusulkan pada tahun 1848 bahwa itu adalah gas 'energi gerak, bukan
volumenya, yang menurun oleh suhu jatuh. At-273 ° C, tingkat energi akan
mencapai nol; molekul akan berhenti bergerak, dan itu akan efektif mengambil
tidak ada ruang. Karena tidak ada pengurangan lebih lanjut suhu dapat terjadi,
Thomson berlabel -273 ° C sebagai nol mutlak.
Konsep
nol mutlak sangat berguna dalam penciptaan dan verifikasi dari banyak teori
termodinamika. Thomson cepat memperkenalkan skala temperatur baru, yang disebut
skala mutlak, dengan titik terendah akhir ini sebagai nol. Pada dasarnya yang
kembali bekerja dari skala celsius dengan semua dikurangi dengan suhu 273
derajat; pada skala ini, sekarang dikenal sebagai skala Kelvin, titik beku air
berdiri di 273 K, titik didih pada 373 Thomson K. 's skala pada akhirnya akan
menjadi alat instrumental James Clerk Maxwell's mengembangkan teori kinetik
gas. Thomson pada tahun 1851 terus meningkatkan reputasinya sebagai dominan
Britain's thermophysicist dengan memperkenalkan gagasan bahwa semua energi
mengalir ke bawah, menghilangkan diri ke dalam lingkungan sebagai panas. Konsep
degradasi ini kemudian dieksplorasi oleh Rudolf Clausius dan kembali
diperkenalkan dalam yang lebih jelas dan lebih eksplisit bentuk sebagai Hukum
Kedua Termodinamika, lebih dikenal sebagai entropi.
A. Skala
kelvin dapat mengukur suhu dibawah 0 derajat.
Skala
kelvin jika dibandingkan dengan skala celcius dan fahrenheit dapat mengukur
suhu dibawah 0 derajat. jika diketahui P1 adalah tekanan gas untuk
suhu titik es (0˚ C) dan P2 adalah tekanan gas untuk suhu
titik uap (100° C) maka garis miring yang ditarik ke kiri sampai memotong sumbu
T° C (suhu), kita akan menemukan bahwa ketika tekanan gas = 0, maka besar suhu
= -273,15° C
Nol
mutlak atau nol absolut adalah suhu di mana molekul tidak bergerak (relatif
terhadap molekul lain secara keseluruhan). Berada pada temperatur yang rendah
memiliki beberapa konsekuensi termodinamika, contohnya, pada nol absulot semua
gerakan molekular tidak berhenti tetapi tidak memiliki energi yang cukup untuk
berpindah ke sistem lain. Oleh karena itu, dapat dikatakan bahwa pada
temperatur 0 Kelvin energi molekular bernilai minimal. Berdasarkan kesepakatan
internasional, nol absolut didefinisikan sebagai temperatur 0 pada skala
Kelvin, dan −273.15° pada skala Celsius.
B. Kelvin dapat
menentukan kondisi dari zat yang akan diukur secara lebih universal.
Termometer selain Kelvin, yaitu Celcius,
Reamur, dan Fahrenheit titik atas dan titik bawahnya ditentukan oleh titik
didih dan titik beku air. Ya, untuk Celcius dan Reamur titik beku air adalah 0
sedangkan pada Fahrenheit itu dimulai dari 32. Sedangkan untuk titik didih air
pada termometer Celcius adalah 100, pada Reamur adalah 80, dan untuk Fahrenheit
pada 212. Jadi, dari ketiga termometer tersebut yang membedakan hanyalah skala
dalam termometer tersebut sedangkan untuk pengkalibrasiannya (acuan) tetap
sama, yaitu kondisi air. Sehingga apabila diterapkan untuk suatu sistem yang
lebih universal (misal gas dalam suhu yang sangat rendah) ketika dilakukan
perhitungan-perhitungan fisis (misal energi kinetik) akan menghasilkan angka
yang kurang cantik.
Contoh: Berapakah energi kinetik dari gas hidrogen ketika temperaturnya
adalah -100 derajat Celcius?
Jawab: Seperti kita ketahui bahwa rumus untuk menghitung energi kinetik
gas adalah:
Ek =
3/2.k.T
Sehingga apabila kita gunakan jenis temperatur Celcius maka akan
menghasilkan:
Ek = 3/2 k (-100) = -150.k
Apabila digunakan Fahrenheit:
Ek =
3/2. k. (-148) = -222.k
Sedangkan untuk Reamur:
Ek =
3/2.k.(-80) = -120.k
Kalau kita perhatikan maka nilai energi kinetik
dari hasil temperatur-temperatur tersebut akan bernilai negatif. Nah, yang
menjadi masalah adalah, apakah arti dari nilai energi kinetik yang negatif
tersebut?
Ya, itulah permasalahan yang akan kita temui
apabila menggunakan temperatur selain Kelvin. Kita akan mungkin untuk
mendapatkan nilai energi kinetik yang bernilai negatif. Berbeda apabila kita
menggunakan temperatur Kelvin. Skala yang digunakan pada temperatur Kelvin
bukan ditentukan berdasarkan kondisi air melainkan ditentukan berdasarkan
kondisi gerakan molekulernya. Di dalam Kelvin titik bawahnya yaitu 0 K
menandakan bahwa pada suhu tersebut secara termodinamika akan berhenti
bergerak. Sehingga dapat dikatakan bahwa (mungkin) tidak ada benda yang
memiliki suhu di bawah 0 K tersebut. Karena itulah fisikawan lebih memilih
Kelvin dibandingkan dengan temperatur lain. Nilai 0 dalam Kelvin bersifat
absolut. Sehingga dengan menggunakan Kelvin kita tidak akan menemukan energi
kinetik dari suatu zat akan bernilai negatif. Ya, coba saja kerjakan soal di
atas dengan Kelvin.
Jadi, dengan menggunakan temperatur Kelvin kita
dapat menentukan kondisi dari zat yang akan kita ukur tersebut secara lebih
universal. Baik dalam pengukuran termiknya maupun mekaniknya. Sebagai tanda
untuk menunjukkan bahwa Kelvin adalah acuan standar maka dibedakan cara menulis
satuan Kelvin dibandingkan dengan temperatur lain. Dalam menulis Kelvin itu
tidak perlu digunakan derajat tidak seperti lainnya yang sebelum huruf
satuannya didahului dengan derajat. Selain itu, alasan penulisan tersebut
adalah untuk menunjukkan satuan lain selain Kelvin merupakan skala ukuran
sedangkan Kelvin adalah unit ukuran.
Selain alasan-alasan diatas, ada juga alasan
lain mengapa Kelvin dijadikan satuan suhu internasional, yaitu karena sudah ada
perjanjiannya yaitu CGPM 13 Tahun 1967, dengan berbagai asalan seperti berikut
:
·
Penghitungan
berdasarkan matriks air serta mempunya ketelitian sampai 108 dinilai
akurat dan tepat.
·
Penggunaan
dalam kimia dan teknik lebih cenderung ke suhu es. Penggunaan celcius repot
karena harus menggunakan angka minus. Kelvin tidak perlu menggunakan angka
minus yang tentunya mempermudah penghitungan.
Sumber :
Sekian postingan saya hari ini, semoga bermanfaat.
Wassalamu'alaikum Wr Wb
0 Komentar untuk "Mengapa kelvin dipilih sebagai satuan suhu internasional"
Silahkan berkomentar sesuai artikel