Suhu & Skala Termometer — Fisika Kelas 11–12

Setelah ini kamu bisa mengonversi suhu antar skala Celsius, Fahrenheit, Kelvin, dan skala buatan, serta menjelaskan makna nol mutlak.

Suhu ruangan 25 °C terasa nyaman, tapi di Fahrenheit 77, di Kelvin 298. Angka berbeda, panasnya sama. Kenapa begitu? Karena skala termometer cuma cara menomori panas-dingin; titik mulai dan besar satuan dipilih bebas oleh pembuatnya. Celsius memakai titik beku dan didih air; Fahrenheit memakai campuran garam; Kelvin menomori dari nol mutlak, batas dingin alam semesta. Coba lihat sendiri di bawah.

Geser slider suhu Celsius, lalu amati garis konversi ke Fahrenheit dan titik jejak yang ikut berpindah.

Suhu dan termometer: menomori panas-dingin

Suhu menyatakan tingkat panas atau dingin sebuah benda — makin panas, makin cepat molekulnya bergetar. Tapi kita tidak bisa mengukur kecepatan molekul satu-satu; yang kita lakukan adalah menomori tingkat panas dengan sebuah skala, dan alatnya disebut termometer.

Termometer adalah alat mengukur suhu yang memakai sifat zat yang berubah teratur terhadap suhu — mis. raksa/alkohol yang memuai di pipa kapiler, hambatan listrik kawat platina, atau tegangan listrik termokopel.

Agar dua termometer di belahan dunia berbeda menunjukkan angka yang sama, kita perlu dua titik tetap: titik beku air (campuran es-air pada 1 atm) dan titik didih air (air mendidih pada 1 atm). Kedua titik inilah yang dijadikan pangkal penomoran.

Skala Celsius, Fahrenheit, dan Kelvin

Tiga skala paling lazim berbeda pada titik mulai dan besar satuan (1 derajat). Celsius (°C): beku air = 0, didih air = 100. Fahrenheit (°F): beku air = 32, didih air = 212. Kelvin (K): skala mutlak, nol di nol mutlak ( $-273{,}15$ °C), dan titik didih air sekitar 373 K.

$T_K = T_C + 273{,}15, \qquad T_F = \tfrac{9}{5}\,T_C + 32, \qquad T_C = \tfrac{5}{9}(T_F - 32)$

Arti tiap simbol: $T_K$ = suhu Kelvin (K); $T_C$ = suhu Celsius (°C); $T_F$ = suhu Fahrenheit (°F). Faktor $\tfrac{9}{5}$ dan $\tfrac{5}{9}$ menyatakan bahwa 100 °C menempuh rentang yang sama dengan 180 °F, jadi 1 °C = 1,8 °F.

Karena hubungan Celsius–Fahrenheit linear, grafik $T_F$ terhadap $T_C$ berupa garis lurus — inilah yang kamu lihat di widget-utama tadi. Skala Kelvin berbeda hanya pergeseran: besar 1 K = besar 1 °C, hanya titik nolnya digeser ke $-273{,}15$ °C.

Skala buatan: rumus perbandingan

Bila kamu membuat termometer sendiri dengan dua titik tetap sembarang — misalnya $X_1$ di titik beku air dan $X_2$ di titik didih air — kamu bisa mengonversinya ke skala apa pun dengan perbandingan rentang.

$\frac{X - X_1}{X_2 - X_1} = \frac{C - 0}{100 - 0} = \frac{F - 32}{212 - 32} = \frac{K - 273{,}15}{100}$

Arti tiap simbol: $X, X_1, X_2$ = pembacaan skala buatan pada suhu ditanya, titik beku, titik didih; $C, F, K$ = suhu pada skala baku. Empat pecahan di atas semuanya sama nilainya karena menyatakan posisi relatif suhu di antara kedua titik tetap.

Geser titik beku ( $X_1$ ) dan titik didih ( $X_2$ ) pada grafik di bawah; garis konversi skala buatan ke Celsius berputar mengikuti perbandingan rentang.

Nol mutlak: batas dingin alam

Skala Kelvin istimewa karena titik nolnya bukan pilihan sembarang — nol mutlak ( $0$ K = $-273{,}15$ °C) adalah suhu terendah yang mungkin secara fisika. Pada suhu itu, getaran molekul (energi kinetik translasi) praktis berhenti; tak ada zat bisa didinginkan lebih dingin lagi. Itulah sebabnya Kelvin tak memakai tanda “derajat” — ia bukan skala relatif, melainkan skala mutlak.

Bayangkan kamu mendinginkan gas terus-menerus. Makin dingin, makin lambat molekulnya. Pada $-273{,}15$ °C, mereka praktis diam — tak ada energi kinetik lagi untuk diambil. Nol mutlak seperti “dasar laut” suhu: kamu tidak bisa turun lebih dalam lagi.

Pada grafik di bawah, garis Kelvin memotong sumbu-C di $-273{,}15$ — di situlah nol mutlak. Geser slider C mendekati nilai itu dan amati Kelvin yang menuju nol.

Konversi suhu masuk elemen kalor-termodinamika kerangka TKA Fisika (045/H/AN/2025). Soal paling sering: (1) konversi langsung C↔F↔K; (2) skala buatan — pakai rumus perbandingan $(X-X_1)/(X_2-X_1) = C/100$ ; (3) jebakan “suhu Kelvin = suhu Celsius” — ingat 1 K = 1 °C hanya untuk perubahan suhu, bukan nilai. Untuk nilai, $T_K = T_C + 273{,}15$ .

Coba dulu di kertas, baru buka.

Soal. Sebuah termometer raksa tidak bercelah. Pada titik beku air ia menunjukkan $-5$ °X, pada titik didih air menunjukkan $105$ °X. Saat dicelupkan ke air hangat, ia menunjukkan $25$ °X. Berapa suhu air itu dalam Celsius, Fahrenheit, dan Kelvin?

Pakai rumus perbandingan: $\dfrac{X - X_1}{X_2 - X_1} = \dfrac{C}{100}$ . $\frac{25 - (-5)}{105 - (-5)} = \frac{C}{100} \;\Rightarrow\; \frac{30}{110} = \frac{C}{100} \;\Rightarrow\; C = \frac{3000}{110} \approx 27{,}3\,°\text{C}.$

$F = \tfrac{9}{5}\,C + 32 = \tfrac{9}{5}(27{,}3) + 32 = 49{,}1 + 32 = 81{,}1\,°\text{F}$ .

$K = C + 273{,}15 = 27{,}3 + 273{,}15 \approx 300{,}5\,\text{K}$ . Jadi air hangat itu kira-kira 27,3 °C, 81,1 °F, 300,5 K.

Jebakan: mengira kenaikan suhu Celsius sama besar dengan kenaikan Fahrenheit. Yang benar: untuk nilai, $F = \tfrac{9}{5}C + 32$ ; tapi untuk perubahan $\Delta F = \tfrac{9}{5}\,\Delta C = 1{,}8\,\Delta C$ . Kenaikan 10 °C = kenaikan 18 °F, bukan 10 °F — pergeseran +32 hilang saat membicarakan selisih.

Jebakan: memakai tanda “derajat” untuk Kelvin (“°K”). Yang benar: cukup Kelvin (K) tanpa tanda derajat, karena Kelvin adalah skala mutlak. Hanya Celsius (°C) dan Fahrenheit (°F) yang memakai tanda derajat.

Jebakan: menyamakan nilai Kelvin dengan nilai Celsius. Yang benar: $T_K = T_C + 273{,}15$ . Yang sama hanyalah besar satuan: $\Delta T_K = \Delta T_C$ . Nilai 25 °C bukan 25 K, melainkan 298 K.

Suhu menomori tingkat panas-dingin; termometer menomori dengan dua titik tetap (beku & didih air).
Konversi: $T_F = \tfrac{9}{5}T_C + 32$ ; $T_K = T_C + 273{,}15$ .
Skala buatan: $(X-X_1)/(X_2-X_1) = C/100$ — perbandingan rentang.
Untuk perubahan suhu, $\Delta T_K = \Delta T_C$ dan $\Delta F = 1{,}8\,\Delta C$ (tanpa pergeseran).
Nol mutlak $0$ K = $-273{,}15$ °C = batas dingin alam; Kelvin tanpa tanda derajat.