Termometer gas

Jika kita mengkalibrasi termometer yang jenisnya berbeda, misalnya termometer air raksa dan termometer alkohol, skala kedua termometer tersebut sama hanya pada 0 oC (atau 32 oF) dan 100 oC (atau 212 oF). Apabila kita menggunakan kedua termometer tersebut untuk mengukur suhu udara, angka yang ditunjukkan masing-masing termometer belum tentu sama. Bisa saja termometer air raksa menujukkan angka 48 oC, sedangkan termometer alkohol menunjukkan angka 46 oC. Hal ini disebabkan karena kecepatan pemuaian raksa dan alkohol berbeda. Demikian juga dengan jenis termometer yang lain, seperti termometer bimetal dll. Skala suhu yang ditetapkan dengan cara ini sangat bergantung pada sifat materi yang digunakan.

Karena skala suhu yang ditetapkan menggunakan termometer biasa mempunyai kekurangan maka kita membutuhkan sebuah termometer standar. Adanya termometer standar membantu kita untuk menetapkan skala suhu secara lebih tepat, tanpa harus bergantung pada sifat suatu materi.

Termometer yang hampir sempurna adalah termometer gas volume konstan. Prinsip kerja termometer gas volume konstan adalah sebagai berikut. Volume gas dijaga agar selalu tetap atau tidak berubah. Nah, ketika suhu bertambah, tekanan gas juga bertambah.

Termometer gas - 1Di dalam pipa 1 dan pipa 2 terdapat air raksa. Volume gas dijaga agar selalu tetap, dengan cara menaikan atau menurunkan pipa 2 sehingga permukaan air raksa dalam pipa 1 selalu berada pada tanda acuan. Jika suhu meningkat, tekanan gas dalam tabung juga meningkat. Karenanya pipa 2 harus diangkat lebih tinggi agar volume gas selalu konstan. Tekanan gas bisa diketahui dengan membaca tinggi kolom air raksa (h) dalam pipa 2. Jika menggunakan cara manual, ingat saja kolom air raksa setinggi 760 mm = tekanan 1 atm (1 atmosfir). Pada termometer gas volume konstan yang canggih  sudah ada alat penghitung tekanan. Wadah yang berisi gas juga sudah dirancang agar gas selalu berada dalam volume yang tetap. Jadi yang diukur hanya perubahan tekanan saja.

Untuk mengkalibrasi termometer gas volume konstan, kita bisa mengukur tekanan gas pada dua suhu. Misalnya kita gunakan suhu titik es dan suhu titik uap. Termometer gas volume konstan dikalibrasi pada tempat yang mempunyai tekanan udara 1 atm. Langkah melakukan kalibrasi termometer adalah sebagai berikut.

Pertama, tabung gas dimasukkan ke dalam wadah yang berisi es dan air. Volume gas dijaga agar selalu tetap, karenanya pipa 2 harus diturunkan sehingga permukaan air raksa pada pipa 1 tetap berada pada titik acuan. Jika volume gas sudah tidak berubah, catat ketinggian kolom air raksa (h) pada pipa 2. Gunakan h untuk menghitung tekanan. Jika menggunakan termometer gas volume konstan yang canggih, tabung yang berisi gas langsung dicelup ke dalam wadah yang berisi es dan air. Sudah ada alat pengukur tekanan. Catat tekanan gas tersebut (anggap saja ini tekanan 1 atau P1)

Kedua, tabung gas dimasukkan ke dalam wadah yang berisi air yang sedang dipanaskan. Volume gas dijaga agar selalu tetap, karenanya pipa 2 dinaikkan sehingga permukaan air raksa pada pipa 1 tetap berada pada titik acuan. Jika volume gas sudah tidak berubah, catat ketinggian kolom air Skala kelvinraksa (h) pada pipa 2. Gunakan h untuk menghitung tekanan gas (anggap saja ini tekanan 2 atau P2)

Ketiga, buat grafik yang menyatakan hubungan antara tekanan dan suhu. Lihat contoh di bawah.

P1 adalah tekanan gas pada suhu titik es (0 oC) dan P2 adalah tekanan gas pada suhu titik uap (100 oC). Gambarkan sebuah garis yang menghubungkan titik temu P1 dengan 0 oC dan titik temu P2 dengan 100 oC. Dengan berpedoman pada grafik, walaupun kita hanya mengetahui besar tekanan gas, besar suhu juga bisa diketahui dengan mudah bahkan bisa diramalkan.

Skala Kelvin

Jika garis miring pada grafik di atas digambarkan hingga memotong sumbu T oC, maka ketika tekanan gas = 0, suhu gas = -273,15 oC.  Mungkin kita berpikir bahwa suhu gas pada tekanan 0 berbeda-beda, bergantung pada jenis gas yang berada di dalam tabung termometer gas volume konstan. Berdasarkan percobaan, walaupun jenis gas berbeda, ketika tekanan gas menjadi nol, suhu selalu bernilai -273,15 oC. Dengan demikian, kita bisa menggunakan suhu ini sebagai standar skala suhu (disebut juga sebagai suhu nol mutlak). Suhu nol mutlak ini dikenal dengan julukan skala mutlak alias skala Kelvin. Kelvin adalah nama almahrum Lord Kelvin (1824-1907), mantan fisikawan Inggris.

Pada skala ini, suhu dinyatakan dalam Kelvin (K), bukan derajat Kelvin (oK). Selang antara derajat sama seperti pada skala Celcius, tetapi harga nol digeser hingga 0 K. Jadi 0 K = -273,15 oC dan 273,15 K = 0 oC. Suhu dalam skala Celcius dapat diubah menjadi skala Kelvin dengan menambahkan 273,15. Demikian juga suhu dalam skala Kelvin bisa diubah menjadi skala Celcius dengan mengurangi 273,15.
T (K) = T (oC) + 273,15
T (oC) = T (K) – 273,15

Contoh soal 1. 20 oC = …. K
T (K) = T (C) + 273
T = 20 + 273
T = 293 K

Contoh soal 2. 80 oF = …. K

Contoh soal konversi suhu - 3

Referensi

Anda perlu masuk untuk melihat isi sepenuhnya. Silahkan . Bukan Member? Bergabung