A.
Suhu
Pada kehidupan
sehari-hari, suhu merupakan besaran
yang menunjukkan derajat atau tingkat panas suatu benda. Oven yang panas
dikatakan bersuhu tinggi, sementara es di danau yang beku dikatakan bersuhu
rendah.
Dengan alat perasa kita hanya dapat membedakan suhu suatu
benda secara kualitatif. Akan tetapi, di dalam fisika kita akan menyatakan
panas, hangat dingin dan sebagainya secara eksak yaitu secara kuantitatif
(dengan angka-angka).
Banyak sifat zat yang
berubah terhadap suhu. Sebagai contoh, sebagian besar zat memuai ketika
dipanaskan. Sebatang besi lebih panjang ketika panas daripada waktu dingin.
Demikian juga warna yang dipancarkan benda, misalnya pada temperature tinggi:
mungkin Anda memperhatikan bahwa elemen pemanas kompor listrik memancarkan
warna merah ketika panas. Pada temperature yang lebih tinggi, zat padat seperti
besi biasanya bersinar jingga atau bahkan putih. Temperature permukaan warna
Matahari dan bintang-bintang lainnya dapat diukur terutama dari warna (lebih tepatnya, panjang gelombang) dari
cahaya yang mereka pancarkan.
Gambar 1.1 : besi yang dipanaskan
Alat-alat yang
dirancang untuk mengukur suhu disebut termometer.
Ada banyak jenis termometer, tetapi cara kerjanya selalu bergantung pada
beberapa sifat materi yang berubah terhadap suhu. Sebagian besar termometer
umum bergantung pada pemuian materi terhadap naiknya temperature/suhu. Ada
beberapa sifat benda yang berubah apabila benda itu dipanaskan, antara lain
adalah warnanya, volumenya, tekanannya dan daya hantar listriknya. Sifat-Sifat
benda yang berubah karena dipanaskan disebut sifat termometrik..
Gagasan pertama untuk termometer
yaitu oleh Galileo, menggunakan pemuaian gas. Termometer umum saat ini terdiri
darintabung kaca dengan ruang di tengahnya yang diisi air raksa atau alcohol
yang diberi warna merah.
Suhu termasuk dalam besaran pokok dalam fisika Satuannya dalam Sistem Internasional
(SI) adalah Kelvin (K), tetapi secara umum di Asia menggunakan satuan Celcius (oC), di
Amerika serikat menggunakan satuan (0R) dan di Eropa menggunakan
satuan (0F) dalam pengukuran suhu sehari-hari.
B.
Titik Tripel Air
Untuk menetapkan suatu
skala suhu, dapat mengambil beberapa fenomena termal yang dapat direproduksi
ata memilih sebuah titik tetap standar. Sebagai
contoh, kita dapat memilih titik beku atau titik didih air. Namun, karena
berbagai alasan teknis kita tidak melakukannya. Sebagai gantinya kita memilih titik tripel (triple point) air.
Air, es padat, dan uap
air (air dala wujud gas) dapat berada bersama-sama dalam kesetimbangan termal,
hanya pada satu nilai tekanan dan suhu.
Gambar 1.2 : sel titik tripel air
Perjanjian
internasional telah memberi titik tripel tersebut nilai 273,16 K sebagai suhu
titik ketentuan standar untuk kalibrasi termometer.
C.
Termometer
Alat ukur yang digunakan untuk mengukur suhu
adalah termometer. Pada termometer terdapat titik tetap atas dan titik tetap
bawah. Titik tetap atas adalah skala yang ditunjukkan oleh termometer saat
digunakan untuk mengukur suhu air mendidih (titik didih air) pada tekanan
normal. Titik tetap bawah adalah skala yang ditunjukkan termometer saat
digunakan untuk mengukur suhu air membeku (titik beku air) pada tekanan normal.
1.
Penentuan Skala/ Kalibrasi Termometer
Kalibrasi termometer adalah penetapan
tanda-tanda untuk pembagian skala pada suatu termometer. Adapun langkah-langkah
kalibrasi termometer sebagai berikut :
a.
Menentukan titik tetap bawah (Tb)
b.
Menentukan titik tetap atas (Ta)
c.
Menentukan jumlah skala di antara titik-titik
tetap
d. Memperluas skala di luar titik tetap
Di dalam membuat skala termometer kita harus
menetapkan lebih dahulu suhu acuan. Suhu acuan dipilih sedemikian rupa sehingga
besarnya selalu tetap (tidak berubah-ubah) misalnya suhu ketika terjadi
perubahan wujud zat. Pada suhu yang tidak terlalu tinggi acuan dapat dipilih
dari suhu campuran es (es yang sedang mencair) dan sushu ketika air mendidih.
Termometer yang ada saat ini mempunyai sklaa yang berbeda-beda.
2.
Skala Termometer
Untuk mengukur suhu
secara kuantitatif, perlu didefinisikan semacam skala numeric. Terdapat 4
skala termometer yang digunakan dalam pengukuran suhu, yaitu skala Celcius,
Fahrenheit, Reamur, dan Kelvin. Skala
yang paling banyak dipakai sekarang adalah slala Cellcius, atau biasa disebut sebagai
skala centigrade.
Setiap suhu pada skala
Celcius berhubungan dengan suatu suhu
tertentu pada skala Fahrenheit. Gambar disamping menunjukkan konversi suhu
suatu zat dalam skala Celcius dan Fahrenheit. Tentunya sangat mudah untuk mengonversikannya,
mengingat bahwa 00C sama dengan 320F, dan jangkauan 1000
pada skala Celcius sama dengan jangkauan 1800
pada skala Fahrenheit .Hal ini berarti
Perbandingan
beberapa skala termometer adalah sebagai berikut :
Konversi
antara skala Celcius dan skala Fahrenheit dapat dituliskan :
Konversi
antara skala Celcius dan skala Reaumur dapat dituliskan :
Konversi
antara skala Fahrenheit dan skala Reaumur dapat dituliskan :
maka dari penjelasan di atas maka dapat diperoleh perbandingan skala
dari keempat termometer tersebut sebagai berikut :
Hubungan
antara termometer Celcius dan Kelvin secara khusus dapat dinyatakan :
atau
Jika ada termometer X
ingin dikonversikan ke bentuk lain.
1.
Macam
– Macam Termometer
a.
Termometer Zat cair
Termometer zat cair yang paling banyaknya
dijumpai dalam kehidupan sehari-hari adalah termometer bahan pengisinya zat
cair, misalnya raksa. Pada umumnya, zat cair memiliki pemuaian yang tidak
teratur. Misalnya, air apabila dipanaskan dari suhu 00C – 40C
volumenya justru menyusut. Akan tetapi, raksa memiliki pemuaian teratur.
1)
Termometer Raksa
Termometer raksa adalah termometer yang bahan
isinya adalah raksa Contoh termometer skala Celcius adalah Termometer
Laboratorium berfungsinya untuk
perlengkapan praktikum di laboratorium.
Cara
menggunakannya, ukur suhu objek benda yang akan diukur
(misalnya: cairan). 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 Alkohol
Alkohol
juga dapat digunakan sebagai bahan pengisi termometer. Beberapa keuntungan
apabila alkohol digunnakan sebagai bahan pengisi termometer di antaranya:
·
Jika dibandingkan dengan raksa, alkohol lebih
murah
·
Pemuiannya teratur
·
Titik beku alkohol sangat rendah (-1150C)
sehingga termometer alkohol dapat digunakan untuk mengukur suhu rendah
Adapun
kerugian menggunakan raksa sebagai bahan pengisi termometer yaitu
·
Membasahi dinding
·
Titik didih alkohol sangat rendah (-780C)
sehingga pemakaiannya menjadi terbatas
·
Kalor jenisnya besar sehingga perlu perubahan
panas yang besar untuk mengubah suhu
Mengapa air tidak dapat
digunakan sebagai bahan pengisi termometer. Alasan-alasan yang dimaksud antara
lain:
·
Air membasahi dinding
·
Pada kondisi normal air membeku pada suhu 00C
dan mendidih pada suhu 1000C, sehingga jangkauan pengukurannya
menjadi sangat terbatas
·
Air dipanaskan dari sushu 00C – 40C
volumenya justru menyusut.
Ada beberapa termometer zat
cair yang dapat dijumpai dalam kehidupan sehari-hari. Akan tetapi, kita hanya
akan membahas beberapa saja.
3)
Termometer klinis atau termometer badan
Karena suhu tubuh manusia
tidak pernah lebih rendah dan 35°C dan tidak pernah lebih tinggi dan 42°C. Fungsi termometer klinis adalah untukmengukur suhu tubuh manusia
diperlukan termometer yang disesuaikan dengan keadaan tersebut yaitu yang
dibuat dengan skala suhu antara 35°C sampai dengan 42°C. Di antara tandon raksa
dan pipa kaca terdapat pembuluh termometer yang dibuat lebih sempit agar raksa
yang sudah berada di atas pembuluh sempit itu tidak dapat turun dengan
sendirinya agar pengukuran menjadi lebih akurat.
Ciri-ciri
termometer badan sebagai
berikut :
1) Termometer
ini khusus digunakan untuk mengukur suhu tubuh manusia.
2) Skala
ukurnya hanya 35 - 42°C.
3) Menggunakan
zat muai raksa (Hg).
4) Pada
pembuluh termometernya terdapat bagian yang disempitkan. Tujuannya agar raksa
yang sudah memuai tidak mudah turun dan pengukuran menjadi Iebih akurat.
5) Untuk
mengembalikan raksa ke dalam tandon, termometer harus diguncang-guncangkan
terlebih dulu.
6) Merupakan
termometer maksimum karena hanya dapat mengukur suhu tertinggi saja.
2) Termometer Dinding
Termometer dinding digunakan untuk mengukur suhu ruang.
Sesuai dengan namanya, termometer ini dipasang pada dinding ruangan. Skala
termometer ini memiliki jangkauan suhu yang dapat terjadi di dalam ruangan,
misalnya -500C sampai 500C
3)
Termometer maksimum-minimum Six Bellani
Fungsi
termometer adalah untuk mengukur suhu tertinggi dan terendah dalam
jangka waktu tertentu. Termometer jenis ini pertama kali dibuat oleh Six
Bellani sehingga Termometer ini dikenal dengan termometer maksimum-minimum Six
Bellani.
Ciri-ciri
termometer maksimum-minimum sebagai
berikut : 1) Merupakan termometer khusus karena hanya digunakan untuk mengukur
suhu tertinggi dan terendah di suatu tempat; 2) Skala ukurnya antara -20°C
sampai 50°C; 3) Menggunakan zat muai alkohol dan raksa, dilengkapi dengan
keping baja sebagai penunjuk skala; dan 4) Disediakan magnet tetap, untuk
menarik keping baja turun dan melekat pada raksa
Pada
saat mengukur suhu dengan menggunakan termometer, Anda harus memperhatikan
beberapa hal berikut :
·
Ketika menggunakan termometer, suhu awal tidak
perlu diatur terlebih dahulu. Misalnya suhu, suhu awal tidak perlu dibuat 00C
terlebih dahulu
·
Ketika mengukur suhu zat cair, ujung bawah
termometer harus diletakkan ditengah-tengah cairan. Ujung bawah termometer ini tidak
boleh menyentuh dasar atau dinding bejana. Ketika termometer diangkat dari
cairan, suhu termometer akan segera berubah menyesuaikan dengan suhu udara.
Oleh karena itu, pembacaan termometer dilakukan ketika termometer masih berada
dalam cairan.
·
Untuk mengukur suhu tinggi, pastikan Anda
menggunakan termometer yang dirancang untuk mengukur suhu tinggi
·
Pada saat mengukur suhu, tangan tidak boleh
bersentuhan langsung dengan termometer. Untuk mengatasi maalah ini, termometer
dapat dijepit dengan statif atau digantung dengan benang melalui lubang yang
ada pada ujung atas termometer.
·
Termometer tidak boleh digunakan untuk
mengaduk cairan
·
Dalam membaca skala termometer, posisi mata
harus berada pada garis yang tegak lurus terhadap posisi skala termometer. Hal ini
dilakukan untuk menghindari kesalahan paralaks.
4) Termometer
lain
a. Termometer Bimeteal
Fungsi
termometer Bimetal untuk menunjukkan adanya perubahan suhu dengan prinsip
logam akan memuai jika dipanaskan dan menyusut jika didinginkan.
Cara
menggunakan : keping bimetal sengaja dibuat memiliki
dua buah keping logam karena kepingan ini dapat melengkung jika terjadi
perubahan suhu. Prinsipnya, apabila suhu berubah menjadi tinggi, keping bimetal
akan melengkung ke arah logam yang koefisien muainya lebih rendah, sedangkan
jika suhu menjadi rendah, keping bimetal akan melengkung ke arah logam yang
keofisien muainya lebih tinggi. Logam dengan koefisien muai lebih besar
(tinggi) akan lebih cepat memanjang sehingga kepingan akan membengkok
(melengkung) sebab logam yang satunya lagi tidak ikut memanjang.
Biasanya
keping bimetal ini terbuat dari logam yang koefisien muainya jauh berbeda,
seperti besi dan tembaga.Pada termometer, keping bimetal dapat difungsikan
sebagai penunjuk arah karena jika kepingan menerima rangsangan berupa suhu,
maka keping akan langsung melengkung karena pemuaian panjang pada logam.
b. Termometer
Gas
Termometer Gas adalah salah satu jenis termometer
yang banyak digunakan untuk kebutuhan industri. Termometer ini digunakan untuk
mengukur perubahan temperatur yang disebabkan oleh adanya tekanan gas yang
bersifat kontinu di area tertentu. Untuk memberikan gambaran yang mudah
mengenai termometer jenis ini, anda bisa melihat tabung gas di rumah Anda
sebentar, dan perhatikan di bagian tutup tabung. Ada beberapa model selang gas
yang menggunakan termometer ini untuk mengukur tekanan gas yang dialirkan dari
dalam tabung.
c. Pyrometer
Pyrometer
adalah sebuah termometer yang sangat akurat yang mengukur suhu benda dengan
jalan mengukur besarnya radiasi total atau radiasi pada salah satu panjang
gelombang. Pyrometer dapat mengukur suhu yang sangat tinggi (kira-kira 5000C
– 30000C). Secara teori, suatu benda yang panas akan memancarkan
radiasi dan cahaya di sekelilingnya, semakin tinggi suhu benda tersebut maka
makin besar radiasi dan intensitas cahaya yang dipancarkan. Besarnya radiasi
dan intensitas cahaya ini tergantung dari suhu benda dan dari warna atau
panjang gelombang sinar yang dipancarkan. Dengan mengukur radiasi total atau
radiasi pada salah satu panjang gelombang maka temperatur benda akan dapat
ditentukan tanpa menyentuh benda tersebut, bahkan jika Anda berdiri agak jauh
dari benda tersebut.
