Alat-alat yang berhubungan dengan Termodinamika

Alat-alat yang berhubungan dengan Termodinamika

Termometer

Adalah alat ukur berskala yang dapat di gunakan untuk menunjukan suhu.

Cara menggunakan termometer adalah dengan memasang termometer tersebut kontak dengan benda lain sampai benda dan termometer tersebut terjadi kesetimbangan termal.

Keseimbangan Termal

Keseimbangan termal terjadi jika 2 benda yang berada dalam kontak termal mempunyai temperatur yang sama. Dua benda disebut dalam kontak termal jika perlakuan panas pada salah satu benda menghasilkan perubahan makroskopis pada benda lainnya.

Tipe-Tipe Termometer

Tipe-tipe termometer antara lain:

Liquid-in-glass

Sifat termometrik : Perubahan volume (yaitu perubahan panjang dari merkuri atauetanol).

Keuntungan : Mudah digunakan, murah, dan mudah dibawa.

Kerugian : Mudah pecah, daerah pengukuran terbatas, tidak dapat digunakan untuk mengukur obyek kecil.

Daerah Pengukuran : Merkuri : 234-723 K. Etanol : 173 – 323 K

Termometer air raksa umumnya menggunakan skala suhu Celsius dan Fahrenhait. Celsius memakai dua titik penting pada skalanya: suhu saat es mencair dan suhu penguapan air. Es mencair pada tanda kalibrasi yang sama pada thermometer yaitu pada uap air yang mendidih. Saat dikeluarkan termometer dari uap air, ketinggian air raksa turun perlahan. Ini berhubungan dengan kecepatan pendinginan (dan pemuaian kaca tabung). Jadi pegukuran suhu celsius menggunakan suhu pencairan dan bukan suhu pembekuan.

Titik didih Celcius yaitu 0 °C (212 °F) dan titik beku pada 100 °C (32 °F). Tetapi peneliti lain -Frenchman Jean Pierre Cristin– mengusulkan versi kebalikan skala celsius dengan titik beku pada 0 °C (32 °F) dan titik didih pada 100 °C (212 °F). Dia menamakannya Centrigade.

Cara kerja Termometer Air Raksa

Alat ini terdiri dari pipa kapiler yang menggunakan material kaca dengan kandungan air raksa di ujung bawah. Untuk tujuan pengukuran, pipa ini dibuat sedemikian rupa sehingga hampa udara. Jika temperatur meningkat, Merkuri akan mengembang naik ke arah atas pipa dan memberikan petunjuk tentang suhu di sekitar alat ukur sesuai dengan skala yang telah ditentukan. Adapun cara kerja secara umum adalah sbb ;

1. Sebelum terjadi perubahan suhu, volume air raksa berada pada kondisi awal.

2. Perubahan suhu lingkungan di sekitar termometer direspon air raksa dengan perubahan volume.

3. Volume merkuri akan mengembang jika suhu meningkat dan akan menyusut jika suhu menurun.

4. Skala pada termometer akan menunjukkan nilai suhu sesuai keadaan lingkungan.

Constant-Volume gas Thermometer

Sifat termometrik : Tekanan pada gas dengan volume konstan.

Keuntungan : Skala absolut, akurat, daerah pengukuran lebar.

Kerugian : Bentuk besar, respon lambat, sulit untuk mengukur obyek kecil.

Daerah Pengukuran Temperatur : 3-300 K

                     

Resistansi

Sifat termometrik : Perubahan resistansi dari bahan konduktor (Pt, Ni, dll).

Keuntungan : Akurat, daerah pengukuran lebar, dapat didesain berbagai macam model.

Kerugian : Harga mahal

Daerah Pengukuran Temperatur : 15-900 K

Thermocouple

termokopel adalah 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.

Sifat termometrik : GGL yang timbul karena 2 metal berbeda dikontakkan

Keuntungan : Sensitif, respon cepat, daerah pengukuran lebar

Kerugian : Tegangan kecil sehingga membutuhkan penguatan

Daerah Pengukuran Temperatur : 25-1400 K

Thermistor

Sifat termometrik : Perubahan resistansi dari bahan semikonduktor (Si)

Keuntungan : Mudah diaplikasikan dengan komputer

Kerugian : Kurang akurat

Daerah Pengukuran Temperatur : 200-700 K

Optical Pyrometer

Sifat termometrik : Perubahan sifat material karena kena radiasi panas

Keuntungan : Tidak bersentuhan dengan obyek, mudah digunakan

Kerugian : Memerlukan kalibrasi, kurang akurat, mahal

Daerah Pengukuran : Di atas 1250 K

Termometer Infra Merah

menawarkan kemampuan untuk mendeteksi temperatur secara optik – selama objek diamati, radiasi energi sinar infra merah diukur, dan disajikan sebagai suhu. Mereka menawarkan metode pengukuran suhu yang cepat dan akurat dengan objek dari kejauhan dan tanpa disentuh – situasi ideal dimana objek bergerak cepat, jauh letaknya, sangat panas, berada di lingkungan yang bahaya, dan/atau adanya kebutuhan menghindari kontaminasi objek (seperti makanan/alat medis/obat-obatan/produk atau test, dll.). Produk pengukur suhu infra merah tersedia di pasaran, Mulai dari yang fleksibel hingga fungsi-fungsi khusus/Termometer standar (seperti gambar), hingga sistem pembaca yang lebih komplek dan kamera pencitraan panas. Ini adalah citra/gambar dari termometer infra merah khusus industri yang digunakan memonitor suhu material cair untuk tujuan quality control pada proses manufaktur.

Termometers 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 emisi nya, Temperatur objek dapat dibedakan.

Desain utama terdiri dari lensa pemfokus energi infra merah pada detektor, yang mengubah energi menjadi sinyal elektrik yang bisa ditunjukkan dalam unit temperatur setelah disesuaikan dengan variasi temperatur lingkungan. Konfigurasi fasilitas pengukur suhu ini bekerja dari jarak jauh tanpa menyentuh objek. Dengan demikian, termometer infra merah berguna mengukur suhu pada keadaan dimana termokopel atau sensor tipe lainnya tidak dapat digunakan atau tidak menghasilkan suhu yang akurat untuk beberapa keperluan.

Penggunaan Termometer Infra Merah

Beberapa kondisi umum adalah objek yang akan diukur dalam kondisi bergerak; objek dikelilingi medan elektromagnet, seperti pada pemanasan induksi; objek berada pada hampa udara atau atmosfir buatan; atau pada aplikasi di mana dibutuhkan respon yang cepat.

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.

 

Ciri desain

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.

Suhu dibaca dari ukiran piringan logam di setiap bola kaca. Biasanya sebuah celah memisahkan bola kaca atas dengan bola kaca bawah, berarti nilai suhu berada di antara kedua nilai label baca di setiap sisi celah. Bila bola kaca melayang-layang di celah, berarti nilai label baca mendekati suhu lingkungan.

Untuk mencapai keakuratan yang sesuai, toleransi beban harus dibuat kurang dari 1/1000 per satu gram (1 miligram)..

Teori operasi

Termometer Galilea bekerja dengan prinsip daya apung. Daya apung sendiri menentukan apakah suatu benda mengapung atau tenggelam dalam cairan, serta memberi penjelasan mengapa perahu yang terbuat dari baja bisa mengapung (sementara batangan baja padat dengan sendirinya akan tenggelam).