Kalibrasi Termometer

Kalibrasi Termometer

Kalibrasi termometer adalah kegiatan menetapkan skala sebuah termometer yang belum memiliki skala. Untuk menetapkan skala suatu termometer, diperlukan suatu patokan atau standar untuk suhu yang disebut dengan titik tetap. Ada dua macam titik tetap yaitu titik tetap bawah dan titik tetap atas. Titik tetap bawah adalah titik lebur es murni dan ditandai dengan angka 0. Alasan menyebut es murni adalah karena ketidakmurnian es (misalnya bercampur dengan garam) akan menyebabkan titik lebur es lebih rendah (dibawah nol). Titik tetap atas adalah suhu uap di atas air yang sedang mendidih pada tekanan 1 atm dan ditandai dengan angka 100. Alasan menyebut tekanan 1 atm adalah karena titik didih air sangat dipengaruhi oleh tekanan udara di atas permukaan air. Suhu air mendidih tidak digunakan sebagai titik tetap atas karena ketidakmurnian akan menyebabkan titik didih air lebih tinggi (di atas 100), sedangkan suhu uap tidak terpengaruh. Skala suhu yang ditetapkan berdasarkan titik lebur es dan titik didih air disebut skala Celcius. Berikut ini beberapa langkah melakukan kalibrasi termometer:

1. Siapkan sebuah termometer air raksa atau termometer alkohol tanpa skala. 
2. Siapkan es secukupnya. 
3. Siapkan air secukupnya. 
4. Siapkan sebuah pemanas air yang bisa digunakan untuk memanaskan air hingga mendidih. 
5. Masukkan es dan air ke dalam sebuah wadah (air dan es mempunyai massa yang sama). Setelah itu, masukkan termometer ke dalam wadah yang berisi air dan es. Pada mulanya termometer bersentuhan dengan udara sehingga termometer lebih panas dari es. Setelah dimasukkan ke dalam wadah, panjang kolom air  raksa  akan berkurang karena campuran air dan es lebih dingin. Biarkan hingga panjang kolom air raksa tidak berubah (permukaan atas air raksa tidak bergerak). Ketika panjang kolom air raksa tidak berubah, campuran es batu dan air telah berada dalam kesetimbangan termal. Tandai posisi kolom air raksa tersebut (tandai bagian ujung atas kolom air raksa). Ini adalah suhu titik es atau titik beku air.
   
   
   
6. Didihkan air menggunakan pemanas listrik atau kompor. Masukkan termometer ke dalam wadah yang berisi air yang sedang dipanaskan. Ketika air semakin panas atau suhu air meningkat, panjang kolom air raksa juga semakin bertambah (permukaan air raksa bergerak ke atas). Setelah air mendidih, permukaan atas raksa berhenti bergerak. Tandai ujung kolom air raksa tersebut. Ini adalah temperatur titik didih air atau titik uap. Apabila ingin membuat skala Celcius, jarak antara kedua tanda dibagi menjadi 100 garis di mana jarak antara setiap garis harus sama. Tanda bagian bawah 0^o C, sedangkan tanda bagian atas 100^o C. Perhatikan gambar di samping.
7. Suhu titik es dan suhu titik uap bergantung pada tekanan udara. Karenanya termometer yang dikalibrasi di tempat yang tekanan udaranya berbeda akan memberikan hasil berbeda. Termometer raksa yang biasa digunakan dikalibrasi pada tekanan udara 1 atmosfer sehingga suhu titik beku air adalah 0 ^oC dan suhu titik didih adalah 100 ^oC.

Berikut ini adalah penetapan titik tetap pada skala beberapa jenis termometer :

Perbedaan skala tersebut menghasilkan perbandingan sebagai berikut :

°C : °R : °F : K = 100 : 80 : 180 : 100

Dengan memperhatikan titik tetap bawah (dibandingkan mulai dari nol semua), perbandingan suhunya adalah sebagai berikut :

tC : tR : (tF – 32) : (tK – 273) = 5 : 4 : 9 : 5

Dari gambar skala termometer di atas, dapat dituliskan dalam tabel berikut ini :

Perbandingan jumlah skalanya adalah sebagai berikut :

t_C : t_R : (t_F – 32) = 100 : 80 : 180 atau t_C : t_R : (t_F – 32) = 5 : 4 : 9

Perubahan suhu dari celcius ke kelvin dan dari kelvin ke celcius, karena jumlah skalanya sama, maka dapat ditulis sebagai berikut :

t_C = (t + 273)K atau t_K = (t - 273)^oC

Keterangan :

t_C = skala yang ditunjukkan termometer celcius (^oC)

t_R = skala yang ditunjukkan termometer reamur (^oR)

t_F = skala yang ditunjukkan termometer fahrenheit (^oF)

t_K = skala yang ditunjukkan termometer kelvin (K)

Secara umum, hubungan skala termometer yang satu dengan yang lain adalah seperti yang diperlihatkan pada gambar berikut ini :

Termometer X dengan titik tetap bawah (t_b)X dan titik tetap atas (t_a)X. Termometer Y dengan titik tetap bawah (t_b)Y dan titik tetap atas (t_a)Y. Titik tetap bawah dan titik tetap atas kedua termometer di atas adalah suhu saat es melebur dan suhu saat air mendidih pada tekanan 1 atmosfer.

Dengan membandingkan perubahan suhu dan interval kedua titik tetap masing-masing termometer, diperoleh hubungan sebagai berikut :

Keterangan :

(t_a)X     = titik tetap atas termometer X

(t_b)X     = titik tetap bawah termometer X

t_X         = suhu pada termometer X

(t_a)Y     = titik tetap atas termometer Y

(t_b)Y     = titik tetap bawah termometer Y

t_Y         = suhu pada termometer Y

Hubungan Panjang Kolom Raksa dan Bacaan Suhu

Panjang kolom raksa dalam pipa kaca menentukan bacaan suhu yang ditunjukkan oleh termometer. Grafik pada gambar di atas menunjukkan bagaimana panjang kolom raksa X berubah terhadap bacaan suhu dalam skala Celcius. Hubungan antara X dan suhu ɵ adalah linear.

Jika X_ɵ menyatakan panjang kolom raksa pada suhu sembarang ɵ yang tidak diketahui, X₀ dan X₁₀₀ masing-masing menyatakan panjang kolom raksa pada titik lebur es (0^oC) dan titik didih air (100^oC), suhu sembarang ɵ dapat dirumuskan :