Prinsip Kerja Termometer Zat Cair (Raksa dan Alkohol)
https://www.fisikabc.com/2018/04/prinsip-kerja-termometer.html?m=0
Daftar Materi Fisika
Advertisement
Tahukah kalian kenapa manusia disebut sebagai “makluk berdarah panas” atau dalam bahasa Ilmiah disebut homoiotermik?
Berdarah panas di sini bukan berarti darah kita panas seperti ketika air sedang mendidih. Manusia dikatakan berdarah panas karena suhu tubuh manusia akan berubah menyesuaikan dengan suhu sekitarnya. Tidak hanya manusia saja yang berdarah panas, sebagian besar hewan mamalia dan kelompokaves (burung) juga berdarah panas seperti anjing, kucing, sapi, burung bangau dan sebagainya.
Berbicara mengenai suhu, tahukah kalian apa yang dimaksud dengan suhu atau temperatur itu?
Coba kalian sentuh es batu! Terasa dingin, bukan? Coba pegang lampu bolam yang sedang menyala! Terasa panas, bukan? Derajat panas atau dingin yang dialami kedua benda tersebut dinamakan suhu. Suhu dapat dirasakan oleh tangan kita melalui syaraf yang ada pada kulit dan diteruskan ke otak, sehingga kita menyatakan panas atau dingin. Namun, kulit kita tidak dapat dijadikan sebagai alat ukur suhu suatu benda.
Jika kulit tidak dapat dijadikan sebagai alat ukur suhu suatu benda, lalu alat apakah yang dapat digunakan untuk mengukur suhu?
Alat yang digunakan untuk mengukur suhu suatu benda disebut termometer. Kata “termometer” berasal dari bahasa Yunani, yaitu thermos yang berarti panas dan meter yang berarti mengukur. Sebuah termometer biasanya terdiri dari sebuah pipa kaca berongga yang berisi zat cair (alkohol atau air raksa), dan bagian atas cairan adalah ruang hampa udara. Perhatikan bagian-bagian termometer dan fungsinya berikut ini.
Keterangan:
■ Tabung gelas merupakan badan termometer yang di dalamnya berisi komponen utama termometer seperti pipa kapiler dan juga skala termometer.
■ Pipa kaca (pipa kapiler) merupakan tabung sempit berisi zat cair dalam hal ini raksa. Fungsi dari pipa kapiler ini adalah tempat terjadinya pemuaian raksa. Ketika raksa memuai (bertambah volume) maka raksa akan naik ke atas pipa kapiler, sebaliknya jika raksa menyusut, maka akan turun ke bawah.
■ Skala merupakan bagian termometer berupa garis-garis berisi angka. Fungsi dari skala ini adalah untuk menunjuk derajat suhu suatu benda. Semakin besar angka yang ditunjukkan pada skala maka semakin besar pula suhu benda tersebut, begitupun sebaliknya.
■ Zat cair pengisi termometer (raksa) merupakan bagian yang paling penting, karena berfungsi sebagai komponen untuk mengindikasikan derajat suhu suatu benda. Ketika suhu benda tinggi (panas), maka raksa akan memuai. Sebaliknya, apabila suhu benda rendah (dingin), maka raksa akan menyusut.
■ Lekukan biasanya terdapat pada kolom raksa sebuah termometer badan. Lekukan ini berfungsi supaya zat cair yang telah memuai tidak mudah turun kembali. Jadi, sebelum termometer badan digunakan, kita harus mengibas-ngibaskan termometer tersebut terlebih dahulu supaya raksa turun.
■ Tandon (reservoir) merupakan bagian paling bawah pada termometer yang berfungsi sebagai titik tempat kontak antara benda yang akan diukur suhunya dengan termometer.
Terdapat empat skala yang digunakan dalam pengukuran suhu, yaitu skala Celcius, Fahrenheit, Reamur, dan Kelvin.
1. Termometer Celsius
Dibuat oleh Anders Celsius dari Swedia pada tahun 1701 - 1744.
• Titik tetap atas menggunakan air yang sedang mendidih (100 0 C).
• Titik tetap bawah menggunakan air yang membeku atau es yang sedang mencair (00 C).
• Perbandingan skalanya 100.
2. Termometer Reamur
Dibuat oleh Reamur dari Perancis pada tahun 1731.
• Titik tetap atas menggunakan air yang mendidih (800 R).
• Titik tetap bawah menggunakan es yang mencair (00 R).
• Perbandingan skalanya 80.
3. Termometer Fahrenheit
Dibuat oleh Daniel Gabriel Fahrenheit dari Jerman pada tahun 1986 - 1736
• Titik tetap atas menggunakan air mendidih (212o F).
• Titik tetap bawah menggunakan es mencair (00o F).
• Perbandingan skalanya 180.
4. Termometer Kelvin
Dibuat oleh Kelvin dari Inggris pada tahun 1848-1954
• Titik tetap atas menggunakan air mendidih (373 K).
• Titik tetap bawah menggunakan es mencair (273 K).
• Perbandingan skalanya 100.
Berdasarkan penetapan skala beberapa termometer di atas, maka dapat dibuat perbandingan skala termometer Celcius, Reamur, Fahrenheit, dan Kelvin sebagai berikut.
Tabel Perbandingan Skala Termometer
No.
|
Jenis Termometer
|
Titik Tetap Bawah
|
Titik Tetap Atas
|
Selisih
(Jumlah Skala)
|
1.
|
Celcius
|
0oC
|
100oC
|
100
|
2.
|
Reamur
|
0oR
|
80oR
|
80
|
3.
|
Fahrenheit
|
32oF
|
212oF
|
180
|
4.
|
Kelvin
|
273 K
|
373 K
|
100
|
Bagaimanakah prinsip atau cara kerja termometer zat cair (raksa dan alkohol) dalam mengukur suhu suatu benda?
Jawaban singkat:
Termometer bekerja dengan memanfaatkan perubahan sifat-sifat fisis benda akibat perubahan suhu. Termometer berupa tabung kaca yang di dalamnya berisi zat cair, yaitu raksa atau alkohol. Pada suhu yang lebih tinggi, raksa dalam tabung memuai sehingga menunjuk angka yang lebih tinggi pada skala. Sebaliknya, pada suhu yang lebih rendah raksa dalam tabung menyusut sehingga menunjuk angka yang lebih rendah pada skala.
Pernahkah kalian menyaksikan ibu ketika sedang memasak air di dapur? Jika pernah, coba kalian perhatikan volume air yang sedang dipanaskan. Saat air dipanaskan, suhu air akan meningkat. Peristiwa selanjutnya adalah volume air tersebut juga meningkat. Begitupun sebaliknya, saat air didinginkan, volume air tersebut juga menurun.
Dengan demikian, termometer dibuat berdasarkan prinsip bahwa volume zat cair akan berubah apabila dipanaskan atau didinginkan. Volume zat cair akan bertambah apabila dipanaskan, sedangkan apabila didinginkan volume zat cair akan berkurang. Naik atau turunnya zat cair tersebut digunakan sebagai acuan untuk menentukan suhu suatu benda.
Jawaban lengkap:
Prinsip dasar kerja termometer adalah pemuian zat cair yang memiliki sifat termometrik. Sifat termometrik adalah perubahan sifat zat (yang meliputi warna, volume, tekanan, daya hantar listrik) akibat perubahan suhu. Suatu benda dikatakan memiliki sifat termometrik apabila memiliki ciri-ciri atau karakteristik sebagai berikut.
1.
|
Jika benda dipanaskan akan memuai dan jika didinginkan akan menyusut
|
2.
|
Jika dua benda yang suhunya tidak sama disentuhkan (dicampurkan) akan terjadi perpindahan panas dari benda yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu rendah. Pada akhirnya suhu kedua benda akan sama.
|
Termometer bekerja berdasarkan pemuian zat cair yang ada pada reservoir. Cara menggunakannya adalah dengan menyentuhkan resevoir pada benda yang akan diukur suhunya. Apabila reservoir (tandon air raksa/alkohol) bersentuhan dengan benda yang bersuhu panas, maka zat cair dalam reservoir akan memuai. Arah pemuaian zat cair dalam reservoir akan menuju jalur pipa kapiler yang berisi skala. Semakin tinggi suhu suatu benda maka zat pada pipa kapiler akan semakin tinggi.
Sebaliknya apabila reservoir bersentuhan dengan benda yang bersuhu rendah maka zat cair dalam reservoir akan menyusut, sehingga permukaan zat cair pada pipa kapiler yang diberi skala akan turun. Tinggi rendahnya suatu benda yang diukur suhunya dapat dilihat dari tinggi permukaan zat cair pada pipa kapiler.
Pada prinsipnya semua zat cair dapat digunakan untuk mengisi reservoir sebuah termometer. Hingga sekarang yang paling banyak digunakan untuk mengisi reservoir termometer adalah air raksa (Hydragyrum diberi simbol Hg). Keunggulan air raksa dibandingkan dengan zat cair yang lain adalah:
1.
|
dapat menyerap panas suatu benda yang akan diukur sehingga temperatur air raksa sama dengan temperatur benda yang diukur
|
2.
|
dapat digunakan untuk mengukur temperatur yang rendah hingga temperatur yang lebih tinggi karena air raksa memiliki titik beku pada temperatur –39°C dan titik didihnya pada temperatur 357°C
|
3.
|
tidak membasahi dinding tabung sehingga pengukurannya menjadi lebih teliti
|
4.
|
pemuaian air raksa teratur atau linear terhadap kenaikan temperatur, kecuali pada temperatur yang sangat tinggi
|
5.
|
mudah dilihat karena air raksa dapat memantulkan cahaya
|
Selain air raksa, dapat juga digunakan alkohol untuk mengisi tabung termometer. Akan tetapi, alkohol tidak dapat mengukur temperatur yang tinggi karena titik didihnya 78°C, namun alkohol dapat mengukur temperatur yang lebih rendah karena titik bekunya pada temperatur –144°C. Jadi, termometer yang berisi alkohol baik untuk mengukur temperatur yang rendah, tetapi tidak dapat mengukur temperatur yang lebih tinggi.
Untuk mengukur suhu di atas 375oC digunakan termometer jenis lain, yaitu: termometer digital, termometer logam dan termometer optik (berdasarkan spektrum cahaya). Pengukuran suhu menggunakan termometer optik tidak menyentuh benda secara langsung, karena pada umumnya benda terletak sangat jauh atau bendanya berpijar.
Misalnya mengukur suhu bintang atau mengukur suhu pada tungku pengecoran logam. Spektrum berwarna biru lebih panas dibandingkan dengan spektrum berwarna merah. Hasil scaner oleh termometer optik pada tanur peleburan besi, warna biru tua menunjukkan suhu yang paling tinggi, warna merah menunjukkan suhu yang lebih rendah.
Meskipun hampir semua jenis zat cair dapat digunakan sebagai bahan pengisi termometer namun kenyataannya air tidak dapat digunakan untuk mengisi termometer karena beberapa alasan, yaitu sebagai berikut.
1.
|
Air membasahi dinding kaca.
|
2.
|
Air tidak bewarna sehingga sulit dibaca batas ketinggiannya.
|
3.
|
Jangkauan suhu air terbatas yaitu 0oC – 100oC.
|
4.
|
Perubahan volume air sangat kecil ketika suhu dinaikkan.
|
5.
|
Hasil pembacaan yang diperoleh kurang teliti karena air penghantar panas yang jelek.
|
