LI

Selasa, 17 Mei 2022

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:

Siapkan sebuah termometer air raksa atau termometer alkohol tanpa skala.
Siapkan es secukupnya.
Siapkan air secukupnya.
Siapkan sebuah pemanas air yang bisa digunakan untuk memanaskan air hingga mendidih.
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.
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.
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 :

Rabu, 27 April 2022

Jenis-Jenis Termometer

Termometer

Termometer memanfaatkan sifat termometrik zat untuk mengukur suhu. Sifat termometrik zat adalah sifat fisis zat yang berubah jika dipanaskan, misalnya volume zat cair, panjang logam, hambatan listrik seutas kawat platina, tekanan gas pada volume tetap, dan warna pijar kawat (filamen) lampu.

Jenis-Jenis Termometer

Saat ini banyak jenis-jenis temometer. Jenis termometer ini tergantung pada jangkauan suhu yang diukur, ketelitian yang diinginkan dan sifat-sifat dari bahan yang digunakan.

Beberapa sifat - sifat zat yang biasa digunakan untuk membuat termometer adalah :

1. Pemuaian suatu kolom cairan dalam suatu kapiler

2. Hambatan listrik dan seutas kawat platina

3. Beda potensial pada suatu termokopel

4. Pemuaian suatu keeping bimetal

5. Tekanan gas pada volum tetap

6. Radiasi yang dipancarkan benda.

Beberapa sifat yang mutlak dibutuhkan oleh sebuah termometer adalah :

1. Skalanya mudah dibaca

2. Aman untuk digunakan

3. Kepekaan pengukurannya

4. Lebar jangkauan suhu yang mampu diukur.

Berdasarkan skala yang digunakan, termometer dibagi menjadi empat macam, yaitu :

1. Termometer Celcius

Termometer Celcius ditemukan oleh Andreas Celcius, seorang ahli fisika asal Swedia. Celcius menentukan titik tetap bawah termometer dengan patokan suhu es yang sedang mencair dan diberi skala 0°. Titik tetap atas termometer Celcius diberi patokan berdasarkan suhu air yang sedang mendidih pada tekanan 76 cm Hg atau 1 atm, yaitu 100°. Suhu satuan yang diukur menggunakan termometer Celcius diberi satuan derajat celcius (ditulis : °C)

2. Termometer Reamur

Jenis termometer ini pertama kali ditemukan oleh Reamur, seorang ahli fisika berkebangsaan Perancis. Reamur menentukan titik tetap bawah dan titik tetap atas termometer ini sama dengan cara yang dilakukan oleh Andreas Celcius untuk menentukan skala termometernya. Hanya saja, Reamur memberikan titik tetap bawah termometer Reamur pada skala 0°dan titik tetap atas pada skala 80°. Satuan suhu yang digunakan untuk menuliskan suhu yang diukur dengan termometer Reamur adalah derajat reamur (ditulis : °R)

3. Termometer Fahrenheit

Termometer Fahrenheit adalah salah satu jenis termometer yang perlu diketahui. Termometer Fahrenheit ditemukan oleh seorang ahli fisika berkebangsaan Jerman bernama Gabriel D.Fahrenheit. Untuk menentukan titik tetap atas dan titik tetap bawahnya, Fahrenheit berpatokan pada suhu antara campuran es dan garam mulai mencair untuk titik tetap bawah dan titik tetap atasnya ada pada titik didih campuran tersebut. Titik tetap bawah termometer Fahrenheit ada pada skala 32° dan titik tetap atasnya ada pada skala 212°. Satuan suhu yang diukur menggunakan termometer Fahrenheit adalah derajat Fahrenheit (ditulis : °F).

Dari ketiga jenis termometer tersebut, termometer yang umum digunakan di Indonesia adalah termometer Celcius. Sedangkan di beberapa negara seperti Inggris dan Amerika Serikat, termometer yanng digunakan adalah termometer Fahrenheit. Akan tetapi, skala suhu untuk satuan suhu dalam Sistem Internasional (SI) atau yang disebut skala termodinamika adalah Skala Kelvin.

4. Termometer Kelvin

Termometer Kelvin ditemukan oleh Lord Kelvin yang nama asli sebenarnya adalah William Thompson yang merupakan seorang ilmuwan berkebangsaan Inggris. Kelvin menggunakan skala termometer Celcius yang dengan mengubah skala titik tetap bawah dan titik tetap atasnya. Jika pada termometer Celcius titik tetap bawah adalah 0°, maka pada termometer Kelvin suhu titik tetap bawah adalah 273. Sedangkan jika titik tetap atas termometer Celsius adalah 100°,

maka pada termometer Kelvin suhu titik tetap atasnya adalah 373. Ingat, dalam menggunakan satuan Kelvin untuk menunjukkan suhu tidak menggunakan kata “derajat” (°), melainkan hanya “Kelvin” saja. Contoh : 308 K (baca : 308 Kelvin).

Berdasarkan bahan pembuatannya, termometer dibagi menjadi beberapa macam, yaitu :

1. Termometer Cairan

Jenis termometer yang banyak dijumpai dalam kehidupan sehari-hari adalah termometer yang pipa kacanya berisi cairan. Umumnya cairan akan memuai dengan laju berbeda untuk jangkauan suhu yang berbeda akan tetapi pengecualian pada raksa yang memiliki pemuaian yang teratur. Jenis-jenis termometer cairan, yaitu :

a. Termometer Air Raksa (Merkuri)

Termometer yang pipa kacanya diisi dengan raksa yang disebut termometer raksa. Termometer raksa dengan skala Celcius adalah termometer yang umum dijumpai dalam keseharian. Jangkauan suhu raksa cukup lebar dan sesuai untuk pekerjaan laboratorium (-40 derajat Celcius s/d 350 derajat Celcius). Raksa dalam pipa termometer akan memuai jika dipanaskan. Pemuaian mendorong kolom cairan (raksa) keluar dari pentolan pipa menuju ke pipa kapiler.

b. Termometer alkohol

Termometer yang pipa kacanya diisi dengan alkohol disebut termometer alkohol. Termometer raksa dengan skala Celcius adalah termometer yang umum dijumpai dalam sehari-hari. Contoh termometer cairan dalam kehidupan sehari-hari antara lain :

1) Termometer klinis (termometer badan)

Termometer klinis yang biasa digunakan para dokter, perawat, dan orang tua untuk mengukur suhu tubuh manusia.

2) Termometer dinding (termometer ruangan)

Termometer yang berfungsi untuk mengukur suhu dalam suatu ruangan. Termometer ini biasanya digabungkan dengan alat hiasan lain seperti, jam dinding, hiasan dinding dan lain-lain.

3) Termometer Maximum dan Minimum ( Six-Bellani )

Termometer ini dapat mengukur suhu minimum dan suhu maksimum dalam jangka waktu tertentu. Prinsip kerjanya, ketika suhu udara turun alkohol di ruang A menyusut sehingga raksa di ruang B naik dan mendorong keping baja untuk menunjukkan angka minimum. Sebaliknya suhu udara naik alkohol di ruang A memuai dan mendesak raksa di ruang B turun dan raksa di ruang C naik untuk mendorong paku baja untuk menunjukkan angka maksimum. Kedua keping baja dapat turun karena ditahan oleh spiral. Untuk mengembalikan keeping baja pada posisi semula digunakan magnet tetap.

4) Termometer laboratorium

Termometer laboratorium sering di jumpai di ruang laboratorium. Termometer ini bisa digunakan untuk perlengkapan laboratorium. Termometer ini menggunakan cairan raksa atau alkhohol. Jika cairan bertambah panas maka raksa atau alkhohol akan memuai sehingga skalanya bertambah. Agar termometer sensitif terhadap suhu maka ukuran pipa harus dibuat kecil (pipa kapiler) dan agar peka terhadap perubahan suhu maka dinding termometer (reservoir) dibuat setipis mungkin dan bila memungkinkan dibuat dari bahan yang konduktor.

2. Termometer Gas

Termometer gas adalah jenis termometer yang memanfaatkan sifat-sifat termal gas. Ada dua macam termometer gas, yaitu :

a. Termometer yang volume gasnya dijaga tetap, dan tekanan gasnya dijadikan sifat termometrik dari termometer.

b. Termometer yang tekanan gasnya dijaga tetap, dan volume gasnya dijadikan sifat termometrik dari termometer.

Pada prinsipnya, jika suhu naik, tekanan gas naik dan dihasilkan beda ketinggian yang lebih besar pada termometer. Karena gas memuai lebih besar daripada cairan maka termometer gas lebih teliti daripada termometer cairan. Selain itu dapat mengukur suhu lebih rendah dan lebih tinggi dibandingkan termometer cairan. Jangkauan suhunya mulai dari -250°C sampai dengan 1500°C.

3. Termometer zat padat

Termometer zat padat menggunakan prinsip perubahan hambatan logam konduktor terhadap suhu sehingga sering juga disebut sebagai termometer hambatan. Biasanya termometer ini menggunakan kawat platina halus yang dililitkan pada mika dan dimasukkan dalam tabung perak tipis tahan panas.

a. Termometer Platina

Termometer yang bekerja berdasarkan pada perubahan tahanan yang terjadi pada sensor termometer karena pengaruh suhu media/benda yang diukur suhunya. Termometer ini lebih teliti dan stabil dibandingkan termokopel dan lebih kuat serta rentang ukur suhu lebih lebar daripada termistor. Media termometriknya adalah kawat platina. Sifat fisika yang digunakan perubahan tahanan kawat platina sebagai fungsi suhu. Besaran yang diukur adalah tahanan listrik, rentang ukurnya -200 s/d 850°C.

Prinsip kerjanya adalah ketika suhu naik, hambatan listrik platina naik. Hambatan listrik diukur dengan teliti oleh sebuah rangkaian jembatan. Keuntungannya, jangkauan suhunya lebar (-250°C sampai dengan 1500°C), teliti dan peka. Kerugiannya, suhu tidak dapat dibaca secara langsung, pembacaannya lambat sehingga tidak sesuai untuk mengukur suhu yang berubah-ubah.

b. Termometer bimetal

Termometer bimetal adalah termometer yang memanfaatkan perbedaan pemuaian antar dua jenis logam. Termometer ini terdiri dari dua buah keping logam yang memiliki koefisien muai berbeda, sehingga ketika terkena perubahan suhu maka bimetal akan melengkung ke arah tertentu. Jika suhu meningkat, maka keping bimetal akan melengkung ke arah logam yang memiliki koefisien muai lebih kecil. Sedangkan jika suhu menurun, maka keping bimetal akan melengkung ke arah logam yang memiliki koefisien muai lebih besar. Termometer bimetal digunakan untuk mengukur suhu oven kompor, termostat, pemanggang, dan circuit breakers.

4. Termometer Termistor

Termometer termistor merupakan termometer yang menggunakan termistor sebagai sensornya. Termistor (bahasa Inggris: thermistor) adalah alat atau komponen atau sensor elektronika yang dipakai untuk mengukur suhu. Prinsip dasar dari termistor adalah perubahan nilai tahanan (atau hambatan atau werstan atau resistance) jika suhu atau temperatur yang mengenai termistor ini berubah. Ketika suhu naik, hambatan termistor turun. Hambatan listrik diukur dengan suatu rangkaian yang mengandung sebuah skala yang dikalibrasi dalam derajat suhu. Keuntungannya, dapat dihubungkan ke rangkaian lain atau komputer. Kerugiannya, jangkauan suhunya terbatas (-25 °C sampai dengan 180 °C).

5. Termometer Termokopel

Pada dunia elektronika, termokopel merupakan sensor suhu yang banyak digunakan untuk mengubah perbedaan suhu dalam benda menjadi perubahan tegangan listrik (voltase). Termokopel yang sederhana dapat dipasang, dan memiliki jenis konektor standar yang sama, serta dapat mengukur temperatur dalam jangkauan suhu yang cukup besar dengan batas kesalahan pengukuran kurang dari 1 °C.

6. Termometer Optik

a. Pirometer

Pirometer (Pyrometer) adalah termometer yang digunakan untuk mengukur suhu yang sangat tinggi (di atas 1000°C), contoh : suhu peleburan logam dan suhu permukaan matahari. Prinsip kerja alat ini adalah mengukur radiasi yang dipanaskan oleh benda tersebut. Jenis pirometer dua macam, yaitu pirometer optik dan pirometer radiasi total.

b. Termometer Infra Merah

Termometer Infra Merah mengukur suhu menggunakan radiasi kotak hitam (biasanya infra merah) yang dipancarkan objek. Kadang disebut termometer laser jika menggunakan laser untuk membantu pekerjaan pengukuran, atau termometer tanpa sentuhan untuk menggambarkan kemampuan alat mengukur suhu dari jarak jauh. Dengan mengetahui jumlah energi infra merah yang dipancarkan oleh objek dan emisinya, temperatur objek dapat dibedakan.

7. Termometer Digital

Termometer digital adalah termometer yang menggunakan sensor digital dan layar LCD untuk menunjukkan tingkat suhu. Sensor yang digunakan biasanya termokopel. Termometer digital digunakan secara luas karena akurasi dan sensitivitasnya. Termometer ini digunakan secara luas untuk mengukur suhu badan, sebagai alat bantu memasak, dan laboratorium.

8. Termometer Galileo

Termometer Galileo (atau termometer Galilea), dinamai fisikawan Italia, Galileo Galilei, adalah termometer yang terbuat dari gelas silinder tertutup berisi cairan bening dan serangkaian benda yang kerapatannya sedemikian rupa sehingga mereka naik atau turun sesuai perubahan suhu. Di dalam cairan digantungkan sejumlah beban. Umumnya beban tersebut dilekatkan pada bola kaca tersegel yang berisi cairan berwarna untuk efek estetika. Saat suhu berubah, kerapatan cairan di dalam silinder turut berubah yang menyebabkan bola kaca bergerak timbul atau tenggelam untuk mencapai posisi di mana kerapatannya sama dengan cairan sekelilingnya atau terhenti oleh bola kaca lainnya. Bila perbedaan kerapatan bola kaca sangat kecil dan terurutkan sedemikian rupa sehingga yang kurang rapat berada di atas dan yang terapat berada di bawah, hal tersebut dapat membentuk suatu skala suhu.