SKALA TERMODINAMIKA

SKALA PADA TERMOMETER

Suhu merupakan derajat panas atau dinginnya suatu benda. Suhu termasuk besaran skalar dengan satuan pokoknya adalah Kelvin (K). Namun ada beberapa jenis skala yang dibuat oleh para ilmuwan yaitu:

a) Skala Fahrenheit

        Saat ini, kebanyakan dari beberapa orang awan lebih sering menggunakan temometer Merkuri. Termometer Merkuri pertama kali dibuat oleh Daniel G. Fahrenheit. Alat ini terdiri dari pipa kapiler yang menggunakan material kaca dengan kandungan Merkuri di ujung bawahnya. Karena untuk pengukuran, pipa ini dibuat sedemikian rupa sehingga hampa udara. Jika temperatur meningkat, maka merkuri akan mengembang naik ke arah atas pipa dan memberikan petunjuk tentang suhu di sekitar alat ukur sesuai dengan skala yang telah ditentukan. Pada skala Fahrenheit titik beku air bernilai 32 dan titik didih air diberi angka 212. Suhu es yang dicampur dengan garam ditetapkan sebagai 0ºF. Di antara titik beku dan titik didih dibagi 180 skala.

b) Skala Reamur

        Skala Reamur adalah skala suhu yang dinamai menurut penemunya yaitu Rene Antoine Ferchault de Reaumur. Pada tahun 1731 Reamur mengusulkan titik beku air 0 derajat dan titik didih air 80 derajat Reamur. Jadi, satu derajat Reamur sama dengan 1,25 derajat Celsius atau kelvin. Skala ini mulanya dibuat dengan alcohol. Skala Reamur digunakan secara luas di Eropa, terutama di Perancis dan Jerman. Namun kemudian digantikan oleh Celsius. Saat ini skala Reamur jarang digunakan kecuali di industri permen dan keju.

c) Skala Celcius

         Skala suhu yang paling banyak dipakai di seluruh dunia adalah Skala Celcius. Pada abad 17 terdapat 30 jenis skala yang membuat para ilmuan kebingungan. Hal ini memberikan inspirasi pada Anders Celcius sehingga pada tahun 1742 dia memperkenalkan skala yang digunakan sebagai pedoman pengukuran suhu yaitu dengan nilai 0 untuk titik beku dan nilai 100 untuk titik didih. Pada tahuntersebut pula Anders Celsius mempublikasikan sebuah buku berjudul “Penemuan Skala Temperatur Celsius” yang sebagian isinya menjelaskan metoda kalibrasi alat termomometer

d) Skala Kelvin

          Apabila benda didinginkan terus maka suhunya akan semakin dingin dan partikelnya akan berhenti bergerak, kondisi ini disebut dengan kondisi nol mutlak. Namun, skala Celcius tidak bisa menjawab masalah ini. Lord Kelvin (1842 - 1907) adalah orang pertama yang mengusulkan skala mutlak dari suhu. Studinya terhadap teori Carnot (teori tentang mesin ideal dengan efisiensi mendekati 100%) menuntunnya ke ide bahwa kalor tidak pernah berpindah secara spontan dari benda bersuhu rendah ke benda bersuhu tinggi.Teori ini dikenal sebagai hukum kedua termodinamika. Pada skala Kelvin, tidak ada skala negatif karena titik beku air ditetapkan sebesar 273 K dan titik didih air ditetapkan sebesar 373 K. Hal ini berarti suhu 0 K sama dengan –273 °C. Yang kemudian suhu ini dikenal sebagai suhu nol mutlak. Para ilmuwan yakin bahwa pada suhu nol mutlak, molekul-molekul diam atau tidak bergerak. Dengan alasan inilah skala Kelvin sering digunakan untuk keperluan ilmiah. Skala Kelvin merupakan satuan internasional untuk temperatur.

Jarak skala termometer

· C = 100-0 ; 100:20 = 5

· R = 80-0 ; 80:20 = 4

· F = 212-32 ; 212:20 = 9

· K= 373-273 ; 373:20 = 5

·

Untuk mengubah dari X ke skala Y dapat dilakukan dengan cara angka perbandingan dikalikan dengan “P” ditambah titik beku

· C = 5P + 0

· R = 4P + 0

· F = 9P + 32

· K= 5P + 273

Referensi

Kanginan, Marthen.2006.Fisika untuk SMA Kelas X.Jakarta:Erlangga
Seran, Goris. 2004. Fisika SMA/MA Kls X. Jakarta : Grasindo.
http://fisikarudy .com/2010/04/01/termometer-suhu-dan-kalor-1/

Kalor dan Termodinamika (6/7)

Alat ukur tekan Pressure Gauge

 A.ALAT PENGUKUR TEKANAN ( PRESSURE GAUGE)

 Apa itu pressure gauge?

Pressure gauge adalah alat yang digunakan untuk mengukur tekanan fluida (gas atau liquid) dalam tabung tertutup. Satuan dari alat ukur tekanan ini berupa psi (pound per square inch), psf (pound per square foot), mmHg (millimeter of mercury), inHg (inch of mercury), bar, atm (atmosphere), N/m^2 (pascal).

Sebelum melangkah ke pembahasan tentang pressure gauge, ada baiknya kita bahas tentang tekanan itu sendiri. Tekanan dibagi menjadi beberapa, antara lain :

Absolute Pressure yaitu tekanan yang dihitung berdasarkan tekanan referensi 1 atm. Besaran tekanan absolute lebih dikenal dengan PSIA. (PSIA = PSIG + Patm).

Gauge pressure yaitu tekanan positif terhadap tekanan referensi 1 atm, yang berarti tekanan ini lebih besar dari 1 atm. Besaran tekanan gauge lebih dikenal dengan PSIG. Dalam kondisi ini maka PSIG > 1 atm.

Vaccum pressure yaitu tekanan negatif terhadap tekanan atmosfir atau bisa juga dikatakan tekanan vaccum ini berada dibawah tekanan atmosfir sehingga bernilai negatif. PSIA < 1 atm.

Hydrostatic pressure yaitu tekanan yang terjadi di bawah air. Tekanan ini terjadi karena adanya berat air yang membuat cairan tersebut mengeluarkan tekanan. Tekanan sebuah cairan bergantung pada kedalaman cairan di dalam sebuah ruang dan gravitasi juga menentukan tekanan air tersebut.Hubungan ini dirumuskan sebagai berikut: "P = ρgh" dimana ρ adalah masa jenis cairan, g (10 m/s2) adalah gravitasi, dan h adalah kedalaman cairan.

Differential pressure yaitu tekanan yang diukur terhadap tekanan lain. Besarannya PSID.

Untuk mengukur pressure / tekanan terdapat beberapa elemen pengukur, yaitu :

1. Bourdon Tube.

Bourdon tube adalah tabung dengan ujung tertutup yang apabila diberikan pressure, bentuknya akan meregang sesuai besarnya pressure yang diberikan, serta dapat kembali ke bentuk semula. Terdapat beberapa bentuk bourdon tube, yaitu:

Bourdon C : Bourdon tube dengan bentuk menyerupai huruf “C”.

Bourdon Spiral : Bourdon tube dengan bentuk spiral.

Bourdon Helix : Bourdon tube dengan bentuk helical.

2. Bellows

Bellows adalah elemen pengukur tekanan yang mampu ber-defleksi (mengembang). Bellows akurat untuk digunakan mengukur tekanan gage (Pgage) dengan range antara absolute zero sampai 350 kPa. Terdiri atas sebuah tubing metal yang bisa mengembang searah mengikuti panjangnya. Bellows dengan diameter yang lebar bisa membaca low pressure lebih baik daripada bourdon tube.

3. Diafragma

Diafragma adalah piringan fleksible (flexible disc) yang bisa berbentuk tipis (flat diaphragm) atau memiliki lipatan konsentris (corrugated diaphragm) seperti ditunjukkan pada gambar di atas.

4. Capsule Diafragma

Capsule tersusun atas dua buah diafragma yang dilas bersama-sama di sekitar lingkarannya. Sensitivitas capsule meningkat proporsional dengan diameternya, yang pada umumnya berdiameter secara konvensional bervariasi antara 25 sampai 150 mm.

Berbagai macam produk pressure gauge di lapangan, menggunakan salah satu dari keempat elemen tersebut diatas. Pressure gauge dipasang untuk mengukur tekanan di dalam pipa atau tangki. Jenis-jenis pressure gauge bisa berupa pressure gage mekanik atau digital.

.

ALAT UKUR TEKANAN ( MANOMETER )

   A. MANO METER

Definisi manometer. Manometer adalah alat pengukur tekanan udara di dalam ruang tertutup. Ada beberapa macam manometer sebagai berikut :

1. Manometer zat cair

Manometer zat cair biasanya merupakan pipa kaca berbentuk U yang berisi raksa. Manometer jenis ini dibedakan menjadi manometer raksa yang terbuka dan manometer raksa yang tertutup.

a. Manometer raksa ujung terbuka 

Manometer raksa ujung terbuka digunakan untuk mengukur tekanan gas dalam ruang tertutup bila tekanannya sekitar 1 atmosfer. Pada pipa U berisi raksa, pada salah satu ujungnya dihubungkan dengan ruangan yang akan diukur tekanannya, sedangkan ujung yang lain berhubungan dengan udara luar (atmosfer). Sebelum digunakan, permukaan raksa pada kedua pipa U adalah sama tinggi. Setelah dihubungkan dengan ruang yang akan diukur tekanannya, maka permukaan raksa pada kedua pipa menjadi tidak sama tingginya. 

Jika tekanan gas dalam ruanagn tertutup lebih besar dari pada tekanan udara luar, maka akan mendorong raksa dalam pipa U. permukaan raksa pada pipa terbuka lebih tinggi daripada permukaan raksa pada pipa yang berhubungan dengan ruang tertutup. Misalkan selisih tinggi raksa adalah Δh, maka tekanan ruangan sebesar  

                                                              P = Bar + Δh .  

Jika tekanan dalam gas dalam ruangan tertutup lebih rendah daripada tekanan udara luar, maka permukaan raksa pada pipa terbuka akan lebih rendah daripada permukaan raksa pada pipa yang berhubungan dengan ruang tertutup. Misalkan selisih tinggi raksa adalah Δh, maka tekanan gas dalam ruang an sebesar

                                                             P = Bar . Δh 

Keterangan : 

Bar : tekanan udara luar 

Δh : tekanan gas dalam ruang tertutup

B. Manometer raksa ujung tertutup 

Manometer ini pada prinsipnya sama dengan manometer ujung terbuka, tetapi digunakan untuk mengukur tekanan ruangan lebih dari 1 atmosfer. Sebelum digunakan, tinggi permukaan raksa sama dengan tekanan di dalam pipa tertutup 1 atmosfer. Jika selisih tinggi permukaan raksa pada kedua pipa adalah Δh cm, maka tekanan ruang tersebut sebesar :

                                                          P₂ = (P₁+Δh) cmHg

Kteterangan : 

P₁ : tekanan udara mula-mula dalam pipa 

Dh : selisih tinggi permukaan raksa kedua pipa 

P₂ ; besarnya tekanan udara yang diukur

2. Manometer logam
Manometer logam digunakan untuk mengukur tekanan gas yang sangat tinggi, misalnya tekanan gas dalam ketel uap.

Cara kerja manometer ini didasarkan pada plat logam yang bergerak naik turun bila ada perubahan tekanan. Gerak ujung plat logam diterusakan oleh jarum jam penunjuk skala. Beberapa manometer logam antara lain manometer Bourdon, manometer Shaffer Budenberg, dan manometer ban.

3. Manometer Mac Leod
Manometer mac leod digunakan untuk mengukur tekanan udara yang lebih kecil dari 1 mmHg. Cara kerja manometer ini pada prinsipnya sama seperti manometer raksa ujung tertutup. Jika selisih tinggi raksa di pipa S dengan pipa E adalah Δh cmHg, maka tekanan yang terukur sebesar P = 1 / 10.000 x Δh cmHg

ALATPENGUKUR TEKANAN

aA.Pengertian Barometer

 Definisi barometer adalah alat untuk mengukur tekanan udara luar (tekanan atmosfer). Barometer sederhana adalah barometer raksa atau barometer Torricelli. Pengukur tekanan dengan barometer ini dengan cara menghitung tinggi permukaan raksa pada bejana (bentuk lurus) atau selisih tinggi permukaan raksa pada bejana (bentuk J).

Barometer Torricelli ditemukan oleh ilmuwan fisika berkebangsaan Italia, bernama Evangelista Torricelli (1608 – 1647)  mula-mula tabung kaca yang panjangnya 1 meter diisi raksa, kemudian tabung kaca diubalik dan dipasang pada statif. Ternyata, sebagian raksa turun ke bejana dan pada bagian atas tabung terdapat ruang hampa yang disebut ruang hampa Torricelli. Tinggi raksa dalam tabung adalah 76 cm. tekanan raksa setinggi 76 cm inilah yang dimaksudkan tekanan 1 atmosfer.

Jenis barometer yang lain adalah barometer logam atau barometer aneroid.

Barometer berita terkini hanya di penting, panas, perlu dan seruu. Itu adalah salah satu contoh yang digunakan sebagai suatu tolak ukur. Jangan lupa menyimak artikel saya yang lainnya yaitu penting, panas, perlu dan seruu

TEKANAN

TEKANAN

Dua orang yang kekuatan ototnya sama memasang paku pada sebuah kayu, yang satu menggunakan paku yang ujungnya runcing dan yang lain menggunakan paku yang ujungnya tumpul. Ternyata, paku yang ujungnya runcing akan menancap lebih dalam daripada paku yang ujungnya tumpul. Mengapa paku yang ujungnya tumpul tidak dapat menancap lebih dalam daripada paku yang ujungnya runcing? Apakah peristiwa tersebut memiliki hubungan dengan konsep tekanan?

Jika kamu perhatikan, balon udara dan kapal selam memiliki ukuran yang relatif sangat besar. Namun demikian, balon udara mampu terbang dan melayang ke angkasa, sedangkan kapal selam dapat dikendalikan supaya mampu tenggelam, melayang, bahkan mengapung di permukaan laut. Mengapa hal itu bisa terjadi? Prinsip apakah yang berlaku pada balon udara dan kapal selam? Pelajarilah bab ini dengan saksama karena kamu akan menemukan jawabannya.

A. Pengertian Tekanan

Berhati-hatilah jika kamu memegang benda tajam, seperti pisau atau jarum. Mengapa demikian? Benda-benda tersebut selain sangat dibutuhkan untuk memudahkan melakukan usaha, juga dapat menyebabkan tubuh kamu terluka. Adapun pisau tumpul ataupun jarum tanpa ujung runcing sukar untuk dapat digunakan melakukan kerja. Mengapa demikian?

Apabila kamu perhatikan kaki-kaki unggas, seperti ayam, itik, ataupun burung yang lainnya, ternyata memiliki bentuk yang berbeda-beda. Mengapa demikian? Tuhan telah menciptakan kaki binatang tersebut sedemikian rupa sesuai dengan fungsinya. Ada yang berfungsi untuk berjalan, mencengkeram, dan berenang. Jika ayam dan itik berjalan di jalan yang berlumpur, ternyata kedua bekas kaki unggas tersebut memiliki kedalaman yang berbeda. Bekas kaki apakah yang lebih dalam?

Beberapa peristiwa tersebut sangat berhubungan dengan salah satu konsep Fisika, yaitu tekanan. Jadi, apakah tekanan itu?

B. Tekanan pada Zat Padat

Ketika kamu mendorong uang logam di atas plastisin, berarti kamu telah memberikan gaya pada uang logam. Besarnya tekanan uang logam pada plastisin bergantung pada besarnya dorongan (gaya) yang kamu berikan dan luas bidang tekannya. Semakin besar gaya tekan yang kamu berikan,
semakin besar pula tekanan yang terjadi. Namun, semakin besar luas bidang tekan suatu benda maka semakin kecil tekanan yang terjadi. Dengan demikian, tekanan berbanding lurus dengan gaya tekan dan berbanding terbalik dengan luas bidang tekan. Secara matematis, besaran tekanan dapat dituliskan dalam persamaan sebagai berikut:

P=F/A

dengan: 

p = tekanan (N/m2)
F = gaya tekan (N)
A = luas bidang (m2)

Satuan tekanan dalam Sistem Internasional (SI) adalah N/m2. Satuan ini juga disebut pascal (Pa). 1 Pa = 1 N/m2. Setelah mengetahui bahwa besar tekanan dipengaruhi oleh gaya dan luas bidang, sekarang kamu dapat menjelaskan mengapa bekas kaki ayam lebih dalam daripada bekas kaki itik jika keduanya berjalan di atas lumpur. Untuk memudahkan usaha (kerja), kamu harus membuat pengiris bawang (pisau) atau jarum lebih runcing. Oleh sebab itu, dengan memperkecil luas bidang tekan merupakan upaya untuk memperbesar tekanan. Alat-alat berikut sengaja dibuat dengan memperkecil luas bidang tekanannya untuk mendapatkan tekanan yang jauh lebih besar.

C. Tekanan pada Zat Cair

Berenang adalah kegiatan yang sangat menyenangkan. Ketika kamu mencoba untuk menyelam ke dasar kolam, semakin dalam kamu menyelam maka kamu akan merasa gaya yang menekan ke tubuhmu semakin besar. Kamu dapat menyimpulkan bahwa semakin dalam posisi zat yang diam maka semakin besar tekanannya berarti tekanan hidrostatis sebanding dengan kedalaman (h).

Bagaimanakah tekanan hidrostatis pada kedalaman tertentu untuk jenis zat cair berbeda? Apakah sama? Kamu sudah mengetahui bahwa yang membedakan suatu jenis zat tertentu adalah massa jenis. Semakin besar massa jenis suatu zat cair, semakin besar pula tekanan pada kedalaman tertentu. Dengan kata lain, tekanan suatu zat cair sebanding dengan besarnya massa jenis.

Oleh karena itu, dapat dikatakan bahwa tekanan berbanding lurus dengan massa jenis zat cair dan kedalaman di dalam zat cair. Pada umumnya, tekanan pada kedalaman yang sama dalam zat cair yang serba sama adalah sama. Pada dunia teknik bendungan, para arsitek membuat suatu bendungan dengan memperhitungkan tekanan hidrostatis. Hal ini ditunjukkan dengan semakin menebalnya dinding bendungan ke arah dasar permukaan air.

D. Tekanan Udara

Tuhan Yang Mahakuasa telah menciptakan langit sebagai "atap yang terpelihara" yang disebut atmosfer. Atmosfer ini diciptakan Tuhan dengan sesempurna mungkin sehingga dapat menjaga dari seluruh kemungkinan yang dapat merusak bumi yang kamu cintai ini. Misalnya, meteor-meteor yang jatuh ke bumi akan hangus terbakar digesek oleh lapisan atmosfer, angin matahari yang sangat berbahaya bagi manusia dibelokkan oleh medan magnet bumi serta radiasi ultraviolet yang juga berbahaya sebagian diserap oleh atmosfer sehingga kadarnya jadi bermanfaat bagi manusia. Dengan kata lain, atmosfer atau disebut juga udara diciptakan khusus untuk kehidupan manusia. Atmosfer memiliki tekanan seperti halnya zat cair.

Tekanan udara sangat memengaruhi cuaca. Terjadinya angin merupakan salah satu hal yang disebabkan oleh perbedaan tekanan atmosfer di dua daerah yang berdekatan. Angin bersifat meratakan tekanan udara. Semakin besar perbedaan tekanan udaranya, semakin kencang angin yang berhembus sehingga terjadi keseimbangan tekanan. Perbedaan tekanan ini dipicu oleh perbedaan suhu akibat pemanasan sinar matahari.

Sisten Termodinamika yang dapat di ukur

Sifat termodinamika yang dapat diukur:

A. Densitas dan Volume Jenis
        Densitas untuk suatu zat kontinyu pada suatu titik adalah kg/m kubik dan volume jenis merupakan sifat intensif dan dapat bervariasi dari satu titik ke titik lainnya.

B. Tekanan
        Sebagaimana telah diketahui bahwa tekanan adalah gaya per satuan luas. Tekanan fluida pada suatu titik ada dua, yaitu:
1. Fluida Diam : tekanan pada suatu titik adalah sama pada orientasi apapun
2. Fluida Bergerak : Tekanan adalah gaya normal dibagi dengan luas.

Tekanan atmosfir merupakan berat atau gaya molekul udara di atas lokasi per satuan luas, bergantung pada temperatur dan tekanan.

Alat pengukur tekanan:
1. Barometer : Alat pengukur tekanan absolut udara
2. Manometer : Alat pengukur perbedaan tekanan
3. Bourdon tube gage : Alat pengukur tekanan secara mekanik, dapat mengukur tekanan gage maupun absolut
4. Piezoelektrik : Alat pengukur tekanan dinamis berdasarkan arus listrik


C. Temperatur
     Berasal dari panas dan dingin akibat sentuhan dengan tangan, tidak dapat diskalakan
     Kesetimbangan Termal merupakan dua blok tembaga disatukan ada sifat yang berubah. dapat terjadinya kesetimbangan termal ini disebabkan oleh sifat temperatur yang sama.

Perpindahan panas dapat diperlambat dengan dinding isolator yaitu dinding Adiabatik merupakan dinding dengan sifat isolasi termal yang sempurna sehingga tidak terjadi perpindahan panas melewatinya.

Hukum Termodinamika ke Nol
" Bila dua benda disatukan dalam kesetimbangan termal dengan benda ketiga, maka ketiga benda tersebut kan berada dalam kesetimbangan termal yang temperaturnya sama"

Hukum ini menjustifikasi fungsi alat pengukur temperatur yaitu termometer sebagai benda ketiga yang dapat digunakan untuk mengukur temperatur dua benda dan menyatakan bahwa kedua benda tersebut dalam keadaan setimbang secara termal.

Sifat termometrik zat yaitu sifat yang berubah berdasarkan temperaturnya yang dapat djadikan ukuran temperatur.
Untuk menentukan skala suhu mula-mula dipilih sifat termometrik X yang besarnya berubah dengan perubahan suhu. Untuk mendefinisikan skala suhu, kita dapat memilih hubungan antara suhu T dari suatu termometer berbanding lurus dengan sifat termometrik X. Setiap sistem yang berada pada kesetimbangan termal dengan termometer tersebut berlaku:
                       

  T = α.p

dimana: α = 273,16 K/ Xtp
Sehingga:
                           T (X) = 273,16 K( X / Xtp)

Alat Pengukur Temperatur:
1. Termometer Bola, sifatnya pemuaian zat
2. Termometer gas volume konstan, sifatnya tekanan gas
3. Termokopel, sifatnya ggl dari dua metal yang berbeda
4. RTD, sifat tahanan metal
5. Termistor, sifat tahanan bahan
6. Pirometer ( radiasi dan optikal )


Daftar Bacaan:
Soelaiman, Dr.Ir.T.A Fauzi. 2011. Termodinamika Teknik I. Bandung : ITB
Sulistiati, Ainie Khuriati Riza. 2010. Termodinamika. Yogyakarta: Graha Ilmu