Thermometer

Thermometer merupakan salah satu alat yang terkenal. Secara umum, thermometer adalah alat yang berfungsi untuk mengukur suhu.

Jenis-jenis Thermometer

Thermometer memiliki keragaman bentuk dan jenis, tergantung dari jenis skalanya, bahan yang akan diukur,dsb. Secara umum, thermometer dapat kita golongkan menurut :

1. Menururt skalanya

- Thermometer berskala Reamur; titik beku : 0°R dan titik didih : 80°R

- Thermometer berskala Fahrenheit; titik beku : 32°F dan titik didih : 212°F

- Thermometer berskala Kelvin; titik beku : 273 K dan titik didih : 373 K

- Thermometer berskala celcius; titik beku : 0°C dan titik didih : 80°C

*titik beku : suhu dimana es mulai mencair dan titik didih adalah suhu dimana seluruh bagian air menguap. Keduanya pada keadaan standar, yaitu pada tekanan 1 atm.

2. Menurut penggunaannya, dapat dibedakan menjadi :

- Thermometer ruangan,

- Thermometer badan,

- Thermometer rumput

- Thermometer apung,

- Thermometer Maksimum

- Thermometer minimum,dsb

3. Menurut zat pendeteksi panas,dapat dibedakan menjadi :

- Thermometer cair (liquid in-glass thermometer), pendeteksi panasnya adalah zat cair yang berada di dalam tabung kaca. zat cair akan memuai atau menyusut secara teratur sesuai dengan suhu udara dan menunjukkan skala hasil pengukuran.

- Thermometer digital, pendeteksi panasnya adalah sensor yang bisa mengirim sinyal elektrik mengenai suhu kemudian sinyal itu diubah menjadi tampilan digital pada layar dan menunjukkan suhu.

4.Menurut zat cair yang digunakan (untuk liquid in-glass thermometer), dapat dibedakan menjadi:

- Thermometer alkhohol

- Thermometer raksa

- Thermometer campuran

Sebenarnya thermometer masih dapat digolongkan lagi menjadi beberapa bagian. Hanya saja bahasan dibatasi sampai disini. Termometer yang paling banyak dipakai saat ini berbahan dasar raksa (merkuri),dengan skala yang umum digunakan adalah oCelcius kecuali USA yang menggunakan skala fahrenheit.

Liquid in glass thermometer merupakan thermometer yang umum dipakai oleh BMKG, oleh karena itu, penulis memberikan tambahan informasi sebagi berikut :

4.a. Thermometer raksa 

Thermometer air raksa dalam gelas adalah termometer yang dibuat dari air raksa yang ditempatkan pada suatu tabung kaca. Termometer raksa dapat kita kenali dari warna cairan thermometernya yang berkilau keperakan. Tanda yang dikalibrasi pada tabung membuat temperature dapat dibaca sesuai panjang air raksa di dalam gelas, bervariasi sesuai suhu. Untuk meningkatkan ketelitian, biasanya ada bohlam air raksa pada ujung termometer yang berisi sebagian besar air raksa; pemuaian dan penyempitan volume air raksa kemudian dilanjutkan ke bagian tabung yang lebih sempit. Ruangan di antara air raksa dapat diisi atau dibiarkan kosong.

Kelebihan raksa sebagai bahan pengisi thermometer antara lain:

1. Raksa dapat menyerap / mengambil panas dari suhu sesuatu yang diukur.

2. Raksa memiliki sifat yang tidak membasahi medium kaca pada termometer.

3. Raksa dapat dilihat dengan mudah karena warnanya yang mengkilat.

4. Raksa memiliki sifat pemuaian / memuai yang teratur dari temperatur ke temperatur.

5. Raksa memiliki titik beku dan titik didih yang rentangnya jauh, sehingga cocok untuk mengukur suhu tinggi.

Selain kelebihan, air raksa juga memiliki kekurangan, antara lain :

1. Titik bekunya tinggi sehingga tidak cocok untuk mengukur suhu di daerah dingin

2. Raksa merupakan zat beracun yang berbahaya bagi kesehatan

3. Raksa harganya mahal

Jika thermometer raksa mengandung nitrogen, gas mungkin mengalir turun ke dalam kolom dan terjebak di sana ketika temperature naik. Jika ini terjadi termometer tidak dapat digunakan hingga kembali ke kondisi awal. Untuk menghindarinya, termometer air raksa sebaiknya dimasukkan ke dalam tempat yang hangat saat temperatur di bawah -37 °C (-34.6 °F). Pada area di mana suhu maksimum tidak diharapkan naik di atas - 38.83 ° C (-37.89 °F) termometer yang memakai campuran air raksa dan thallium mungkin bisa dipakai. Termometer ini mempunyai titik beku of -61.1 °C (-78 °F).

Termometer air raksa umumnya menggunakan skala suhu Celsius dan Fahrenhait. Anders Celsius merumuskan skala Celsius, yang dipaparkan pada publikasinya ”the origin of the Celsius temperature scale” pada 1742. Celsius memakai dua titik penting pada skalanya: suhu saat es mencair dan suhu penguapan air. Ini bukanlah ide baru, sejak dulu Isaac Newton bekerja dengan sesuatu yang mirip. Pengukuran suhu Celsius menggunakan suhu pencairan dan bukan suhu pembekuan. Eksperimen untuk mendapat kalibrasi yang lebih baik pada termometer Celsius dilakukan selama 2 minggu setelah itu. Dengan melakukan eksperimen yang sama berulang-ulang, dia menemukan es mencair pada tanda kalibrasi yang sama pada termometer. Dia menemukan titik yang sama pada kalibrasi pada uap air yang mendidih (saat percobaan dilakukan dengan ketelitian tinggi, variasi terlihat dengan variasi tekanan atmosfir). Saat dia mengeluarkan termometer dari uap air, ketinggian air raksa turun perlahan. Ini berhubungan dengan kecepatan pendinginan (dan pemuaian kaca tabung).

Tekanan udara mempengaruhi titik didih air. Celsius mengklaim bahwa ketinggian air raksa saat penguapan air sebanding dengan ketinggian barometer. Saat Celsius memutuskan untuk menggunakan skala temperaturnya sendiri, dia menentukan titik didih pada 0 °C (212 °F) dan titik beku pada 100 °C (32 °F). Satu tahun kemudian 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.

Pada akhirnya, Celsius mengusulkan metode kalibrasi termometer sbb:

1. Tempatkan silinder termometer pada air murni meleleh dan tandai titik saat cairan di dalam termometer sudah stabil. ini adalah titik beku air.

2. Dengan cara yang sama tandai titik di mana cairan sudah stabil ketika termometer ditempatkan di dalam uap air mendidih.

3. Bagilah panjang di antara kedua titik dengan 100 bagian kecil yang sama. Titik-titik ini ditambahkan pada kalibrasi rata-rata tetapi keduanya sangat tergantung tekanan udara. Saat ini, tiga titik air digunakan sebagai pengganti (titik ketiga terjadi pada 273.16 kelvins (K) 0.01 °C).

CATATAN: Semua perpindahan panas berhenti pada 0 K, Tetapi suhu ini masih mustahil dicapai karena secara fisika masih tidak mungkin menghentikan partikel. Hari ini termometer air raksa masih banyak digunakan dalam bidang meteorologi, tetapi pengguanaan pada bidang-bidang lain semakin berkurang, karena air raksa secara permanen sangat beracun pada sistem yang rapuh dan beberapa negara maju telah mengutuk penggunaannya untuk tujuan medis. 

4.b. Thermometer alkohol

Sebagai pengganti air raksa, beberapa thermometer keluarga mengandung alkohol dengan tambahan pewarna merah. Bagi sebagian kalangan, termometer ini lebih mudah untuk dibaca, karena warna merahnya cukup mencolok. Selain itu thermometer ini juga lebih aman digunakan karena bahan dasarnya adalah alkhohol, bukan logam berat seperti merkuri (Hg).

Kelebihan alcohol sebagai bahan pengisi thermometer :

1. Alkohol dapat digunakan untuk mengukur suhu yang sangat rendah, sampai -1140 C.

2. Alkohol lebih murah jika dibandingkan dengan raksa

3. Alkohol lebih cepat mengalami pemuaian meskipun kenaikan suhunya kecil sehingga lebih akurat. 

Termometer alkohol juga memiliki kelemahan, antara lain:

1. Pemuaiannya tidak teratur

2. Tidak berwarna sehingga sulit dilihat (harus diwarnai)

3. Membasahi dinding kaca

4. Tidak bisa digunakan untuk mengukur suhu benda yang tinggi, sebab pada suhu 780 C alkohol sudah mendidih.

4.c. Thermometer campuran

Beberapa perusahaan menggunakan campuran gallium, indium, dan tin (galinstan) sebagai pengganti air raksa.

Cara Kerja Termometer

Secara umum, cara kerja thermometer adalah sebagai berikut : Ketika temperatur naik, cairan di bola tabung mengembang lebih banyak daripada gelas yg menutupinya. Hasilnya, benang cairan yg tipis dipaksa ke atas secara kapiler. Sebaliknya, ketika temperatur turun, cairan mengerut dan cairan yg tipis di tabung bergerak kembali turun. Gerakan ujung cairan tipis yg dinamakan meniscus dibaca terhadap skala yg menunjukkan temperatur.

Zat untuk termometer haruslah zat cair dengan sifat termometrik artinya mengalami perubahan fisis pada saat dipanaskan atau didinginkan, misalnya raksa dan alkohol. zat cair tersebut memiliki dua titik tetap (fixed points), yaitu titik tertinggi dan titik terendah. Misalnya, titik didih air dan titik lebur es untuk suhu yang tidak terlalu tinggi. Setelah itu, pembagian dilakukan di antara kedua titik tetap menjadi bagian-bagian yang sama besar, misalnya termometer skala Celcius dengan 100 bagian dan setiap bagiannya bernilai 1C.

Konversi Suhu

Telah disinggung diatas bahwa thermometer menggunakan berbagai skala. Untuk dapat mengubah satu skala ke satuan skala lain, kita perlu mengetahui cara mengkonversikannya.

Untuk mengetahui konversi suhu maka diperlukan perbandingan antara skala Celcius, Reamur, Fahrenheit dan Kelvin

1. Skala Celcius : titik lebur = 0 C dan titik didih = 100 C

2. Skala Reamur titik lebur = 0 R dan titik didih = 80 R

3. Skala Fahrenheit titik lebur = 32 F dan titik didih = 212 F

4. Skala Kelvin titik lebur = 273 K dan titik didih = 373 K

Cara Menggunakan

Karena thermometer yang paling sering digunakan adalah thermometer cair, maka kali ini akan kita bahas cara memakai thermometer cair. Pertama, tempelkan benda yang akan kita ukur dengan ujung thermometer yang berisi cairan thermometer. Jika kita akan mengukur suhu udara,sebagai contoh, cukup letakkan thermometer pada ruangan yang terlindung dari sinar matahari langsung.

Kemudian perhatikan gerakan zat cair dalam thermometer. Tunggu beberapa saat sampai cairan berhenti bergerak. Bacalah besaran skala yang terlihat tepat tegak lurus dengan thermometer.

Yang perlu diperhatikan adalah jangan sampai thermometer pecah karena benda yang diukur terlalu panas,sehingga berada diluar batas maksimal thermometer. Dalam mengukur suhu benda, pastikan tangan kita tidak menyentuh thermometer. Hal ini dapat mempengaruhi pembacaan akhir thermometer.gunakan alat Bantu seperti penjepit kayu atau penjepit statis. Perlu diingat bahwa setelah mengukur benda panas, thermometer jangan langsung dipakai untuk mengukur benda bersuhu dingin. Hal ini untuk menecegah pecahnya thermometer akan perbedaan suhu yang cukup besar.

Cara Merawat dan Mengkalibrasi

Termometer harus dikontrol dan dipelihara dengan baik agar menghasilkan data dan pembacaan yang benar, maka harus ada pemeliharaan alat yaitu dengan pengawasan dan melakukan pengkalibrasian alat serta membandingkannya dengan alat yang lain untuk mengetahui alat yang dipakai masih dapat digunakan atau tidak.

Alat yang diperlukan adalah Termometer terkalibrasi disertai sertifikat Uji Operasional, Semua alat pengukuran harus dikontrol pada saat pertama beroperasi dan sesudah digunakan paling sedikit satu kali pertahun dengan menggunakan thermometer terkalibrasi. Pengujian harus dilakukan paling sedikit dengan satu nilai pada rentang temperatur dimana alat dioperasikan. Untuk pengukuran pada temperatur kamar misal alat tersebut dicek pada 15 – 25c . suhu yang ditunjukan oleh masing_masing termometer dicek oleh thermometer terkalibrasi, dimana thermometer-termometer tersebut dimasukkan kedalam lemari pendingin atau penangas air (water bath), sampai temperatur yang ditunjukkan oleh masing-masing termometer stabil paling sedikit dalam satu menit.

Untuk pengukuran suhu udara dengan menggunakan termometer, hal berikut dianjurkan untuk memperlambat penunjukan suhu, tempelkan gabus atau kapas/wool pada ujung termometer dan biarkan termometer kira-kira 1 (satu) jam untuk mencapai temperature diinginkan.

Agar thermometer yang kita punya tahan lama, diperlukan perawatan khusus. Hal-hal yang perlu diperhatikan antara lain:

1. Perhatikan permukaan kaca thermometer. Setelah dipakai, segera bersihkan kaca dari kotoran atau endapan yang mungkin menempel dengan kain. Usapkan kain tersebut secara perlahan

2. Segera simpan thermometer setelah dipakai dalam wadah penyimpanannya. Sebelum disimpan, sebaiknya thermometer didinginkan terlebih dahulu. Simpan thermometer pada lemari penyimpanan yang tertutup

3. Periksa keadaan thermometer secara berkala, jangan sampai terjadi anomaly pada thermometer tersebut