TERMOMETER GAS VOLUM KONSTAN

Eka Anzihory

Botolzshinigami@yahoo.com

Abstrak

Percobaan ini terkait studi mengenai termometer gas pada volum konstan, telah diketahui bahwa thermodinamika merupakan experimental science yang mendasarkan dirinya pada sejumlah besar prinsip-prinsip hasil generalisis dari experiment. Contoh dari demikian adalah keadaan thermodinamika tentang gas, dimana untuk menginvestigasi kaiatan antara variable thermodinamik V(volume), T(suhu), dan P(tekanan) yang ada pada persamaan tentang gas nilai dari salah suatu variable harus dijaga tetap sementara dua yang lain dibiarkan berubah. Dari persamaan gas ideal PV=nRT terlihat jelas bahwa bila diletakan sejumlah mol gas yang tetap pada suatu container, maka bila volume V dibuat tetap (nR/V bernilai tetap) maka nilai tekanan P akan berbanding lurus dengan besar suhu gas T. Termometer yang didesain untuk bekerja dengan cara demikian ini disebut sebagai termometer gas volume konstan. Dengan nilai tekanan P dan suhu T akan sebanding pada termometer ini, maka dapat dibuat sebuah grafik hubungan antara tekanan P dan suhu T untuk menentukan nilai suhu nol mutlak dimana suhu nol mutlak diketahui dari literatur adalah -273,15 0C. Selain dari grafik nilai suhu nol mutlak juga dapat ditentukan dari persamaan, dimana dihasilkan dari persamaan bahwa suhu nol mutlak adalah -262,40 0C dan dari grafik adalah -272,65 0C.

Kata Kunci : termometer gas volum konstan, nilai suhu nol mutlak

I. Pendahuluan

Ketika kita mencelupkan ujung jari tangan kedalam air yang baru direbus ujung jari kita merasa hangat, sedangkan saat tangan kita memegang es, tangan kita akan merasa dingin, dalam kehidupan sehari-hari (derajat) panas/dinginnya suatu benda dikenal dengan istilah suhu atau temperatur. Tangan atau indra peraba kita taidak dapat dengan tepat digunakan sebagai alat pengukur suhu. Para ilmuan telah menyelidiki dan menemukan suatu alat pengukur dengan tepat dan bersifat setandar, dalam arti dapat dipakai secara internasional yang dinamakan termometer.

Alat yang dirancang untuk mengukur suhu adalah termometer. Terdapat banyak jenis termometer, tetapi prinsip kerjanya sebenarnya sama. Biasanya dengan memanfaatkan materi yang bersifat termometrik (sifat materi yang berubah terhadap temperatur). Maksudnya, jika suhu materi tersebut berubah, bentuk dan ukuran materi tersebut juga akan ikut berubah. Kebanyakan termometer menggunakan materi yang bisa memuai ketika suhunya berubah (rusli,2008).

Termometer yang sering digunakan saat ini terdiri dari tabung kaca, di mana terdapat alkohol atau air raksa pada bagian tengah tabung. Ketika suhu meningkat, alkohol atau air raksa yang berada di dalam wadah akan memuai sehingga panjang kolom alkohol atau air raksa akan bertambah. Sebaliknya, ketika suhu menurun, panjang kolom alkohol atau air raksa akan berkurang. Pada bagian luar tabung kaca terdapat angka-angka yang

merupakan skala termometer tersebut. Angka yang ditunjukkan oleh ujung kolom alkohol atau air raksa merupakan nilai suhu yang diukur (Nicholas,2001).

Thermometr yang biasa digunakan dalam kehidupan sehari-hari adalah termometer yang berisi alkohol atau raksa. Kelebihan-kelebihan raksa dibanding zat cair lain adalah Raksa dapat dengan cepat mengambil kalor dari benda yang diukur sehingga suhu raksa segera sama dengan suhu benda yang diukur, termometer yang diisi dengan raksa memiliki jangkauan pengukuran yang besar karena titik beku raksa -39°C dan titik didihnya 357°C, serta raksa tidak membasahi dinding tabung, sehingga pengukurannya menjadi lebih teliti (Sarmiento,1995).

Ada beberapa jenis therometer yang dikenal di kalangan masyrakat, namun termometer yang nyaris sempurna/ideal adalah termometer gas volum konstan. Prinsip kerja termometer gas volum konstan adalah sebagai berikut. Volume gas dijaga agar

selalu tetap (tidak berubah). Ketika suhu bertambah, tekanan gas juga bertambah. Dalam pipa 1 dan pipa 2 terdapat air raksa. Volume gas dijaga agar selalu konstan, dengan cara menaikan atau menurunkan pipa 2 sehingga permukaan air raksa dalam pipa 1 selalu berada pada tanda acuan. Jika suhu alias temperatur meningkat,

tekanan gas dalam tabung juga ikut bertambah. 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 pakai cara manual, diketahui bahwa kolom air raksa setinggi 760 mm = tekanan 1 atm (1 atmosfir). Biasanya pada termometer gas volum konstan yang canggih sudah ada alat penghitungnya. Wadah yang berisi gas yang juga sudah dirancang agar gas selalu berada dalam volume yang tetap. sehingga yang diukur cuma perubahan tekanannya saja (veinik,1991).

II. Metodelogi Penelitian

Pada percobaan kali digunakan serangkaian alat termometer gas volume konstan dan bahan yang digunakan untuk mengetahui hubungan antara tekanan dan suhu dari suatu gas pada volume konstan, yang daiantaranya adalah kontainer gas, water bath, termometer, pipa U, selang, penyedot, raksa, air panas dan milimter blok untuk mengetahui perubahan ketinggian pada pipa U.

Kontainer gas berfungsi sebagai wadah untuk menanmpung gas dan water bath berfungsi sebagai wadah untuk menampung air yang nantinnya air tersebut ditambah dengan air panas untuk memperhatikan perbandingan antara kenaikan suhu dengan kenaikan tekanan dimana termometer yang dimasukan kedalam water bath sebagai indikator untuk mengetahui kenaikan suhu air saat ketinggian raksa pada pipa U berubah.

(Veinik, 1991)

Pipa U digunakan untuk menampung air raksa dimana air raksa ini akan mengalami perubahan ketinggian saat terjadi perubahan suhu pada air, perubahan ketinggian ini yang menunjukan adanya perubaha tekanan. Digunakan sebuah penyedot agar kesetimbangan thermal antara pipa U dengan water bath terjadi, dimana ketika telah setimbang maka dapat dinyatakan tidak adanya perubahan volume (volume konstan).

Secara gambar, alat dan bahan dapat dijelaskan :

Setelah mengetahui prinsip alat dan bahan, langkah kerja percoabaan kali ini adalah sebagai berikut :

selang

Milimeter blockKontainer gas

Pipa U + raksaThermoeter

Air panas

Water Bath

Tekanan P dari perubahan ketinggian h terhadap perubahan suhu T

Water Bath

Air panas

Diisikan

Suhu Termometer Perubahan ketinggian air raksa

Dicatat

Diulangi

10 variasi suhu pada air

Rangkai Alat Termometer gas volum konstan

Diperoleh

Dibuat

III. Hasil dan Pembahasan

Berdasarkan metodelogi percobaan didapati hasil dari percobaan thermoter gas volum konstan, dimana hubungan antara suhu T dengan tekanan P saat volume V konstan sebagai berikut :

Hasil ini didapatkan dari prinsip dasar percobaan termometer gas volum konstan, dimana dengan persamaan gas ideal PV=nRT, dengan meletakan sejumlah gas pada kontainer gas dan membuat volume air raksa tetap maka akan diperoleh sebuah hubungan antara tekanan P dan Suhu T pada volume V yang tetap. Untuk membuat volumenya tetap dapat dilakukan cara membalikan posisi ketinggian air raksa dari posisi akhir (saat telah berubah karena suhu tertentu) kembali ke posisi ketinggian awal air raksa (saat sebelum berubah karena suhu tertentu). Pengaturan ketinggian air raksa ini dapat dilakukan

dengan menaik-turunkan ketinggian selang pengatur. Jika permukaaan air raksa kembali ke posisi awal setelah menaik-turunkan selang pengatur, maka volume gas menjadi tidak berubah akibat perubahan suhu, termometer yang bekerja seperti demikian disebut termometer gas volum konstan.

Pada termometer gas volum konstan ini diguanakan air raksa karena air raksa memiliki kelebihan-kelebihan dibanding zat cair lain, dimana raksa dapat dengan cepat mengambil kalor dari benda yang diukur sehingga suhu raksa segera sama dengan suhu benda yang diukur, termometer yang diisi dengan raksa memiliki jangkauan pengukuran yang besar karena titik beku raksa -39°C dan titik didihnya 357°C, serta raksa tidak membasahi dinding tabung, sehingga pengukurannya menjadi lebih teliti dibandingkan dengan alkohol dan air yang membahasi tabung sehingga mengurangi ketelitian.

Setelah didapati data hubungan P dan T yang sesuai dengan prinsip kerja dari percobaan kali ini, kemudian dibuat grafik hubungan T(0C) dan P (cmHg) dimana dari grafik dan perhitungan persamaan akan diperoleh nilai nol mutlak. Secara teori, nol mutlak atau nol absolut adalah suhu terendah yang mungkin terjadi. Pada temperatur, nol mutlak adalah temperatur pada saat atom berhenti bergerak (translasi, rotasi, atau vibrasi) yaitu pada temperatur -273°C (literatur), ini dianggap sebagai nol mutlak dalam skala kelvin karena biasanya pengukuran temperatur bekerja pada temperatur di mana atom masih bergerak, dan selalu positif terhadap nol mutlak.

Grafik Hubungan Tekanan P dengan suhu T

Nilai nol mutlak grafik dan persamaan

Dihitung

T (C0) Δh (m) P (cmHg)30 0,4 76,631 0,5 76,533 0,6 76,635 0,7 76,736 1,1 77,138 1,3 77,339 1,5 77,540 1,6 77,641 1,8 77,843 2,3 78,3

Dari grafik jika garis miring ditarik ke kiri sampai memotong sumbu T oC, maka akan ditemukan bahwa ketika tekanan gas = 0, besar suhu = -273,15 oC. Besar suhu tersebut berbeda-beda, tergantung pada jenis gas yang dikurung dalam kontainer gas pada termometer gas volum konstan. Berdasarkan hasil percobaan, walaupun jenis gas berbeda, ketika tekanan gas menjadi nol, besar suhu yang didapat bernilai -272,65 oC. Nilai yang diperoleh sedikit berbeda dengan literatur yang ada, yaitu sebesar -273,15 oC, hal ini dikarenakan pada saat pecobaan terjadi sedikit kesalahan dalam pembacaan sekala perubahan ketinggian h (ketinggian air raksa) yang berakibat besar dalam penetuan nilai tekanan P sebelum dibuat grafik dan dicari nilai nol mutlak nya .

Sedangkan dari hasil perhitungan, besarnya suhu nol mutlak yang diperoleh adalah sebesar -262,40 0C. Penentuan nilai nol mutlak ini dilakukan dengan mengambil 2 data tekanan P dan suhu T yang dianggap baik. Dari data ini kemudian ditentukan nila nol

mutlak nya melalui persamaan dua garis, yaitu : y− y 1

y2− y1= x−x1

x2−x1

Dari persamaan dua garis diatas akan didapat y = mx +c , dengan y sebagai nilai tekanan (P) dan mx adalah nilai dari suhu (T). Lalu untuk mencari nilai nol mulak maka nilai tekanan P harus sama dengan nol, sehingga y = 0. Maka dari itu, y = mx+c akan memperoleh x = -c/m dimana x adalah nilai suhu pada nol mutlak .

Nilai suhu mutlak yang diperoleh dari persamaan garis dan grafik sedkit berbeda dengan literatur pada teori yang ada, dimana perbedaan ini dapat disebabkan oleh beberapa faktor. Selain seperti faktor yang telah dijelaskan sebelumnya, faktor lain seperti kondisi alat juga akan mempengaruhi hasil percobaan yang diperoleh .

IV. Kesimpulan

Dari percobaan termometer gas volum konstan diperoleh beberapa kesimpulan sebagai berikut :

1. Prinsip dasar percobaan termometer gas volum konstan adalah dimana dengan persamaan gas ideal PV=nRT, bila diletakan sejumlah mol gas yang tetap pada suatu container, maka bila volume V dibuat tetap (nR/V bernilai tetap) maka nilai tekanan P akan berbanding lurus dengan besar suhu gas T.

2. Grafik hubungan tekanan P dengan suhu T

(Rusli, 2008)

Nilai nol mutlak grafik = - 272,45 0C

3. Nilai suhu nol mutlak dari hasil perhitungan adalah -262,40 0C , yang diperoleh melalui persamaan :

y− y 1y2− y1

= x−x1x2−x1

4. Dari grafik hubungan tekanan P dan suhu T dalam Volume V konstan, menunjukan bahwa tekanan P dan suhu T adalah sebanding, dan nilai nol mutlak literatur adalah -273,15 oC .

V. Daftar Pustaka

[1] A,I. Veinik. 1991. Thermodynamics of real processes. Minsk : Nauka i Tehnika

[2] Nicholas, D. R. White. 2001. Traceabl Temperature: An Introduction to Temperature Measurement and Calibration, edisi kedua. Chichester : John Wiley & Sons

[3] Rusli, Roniie. 2008. Thermodinamika Proses Material. Jakarta : UI- Press

[4] Sarmiento, F. et al. !995. Thermodynamics of Micelles formation of Chlorhexidiene diglucunate. Prantice Hall

28 30 32 34 36 38 40 42 440

102030405060708090

P (cmHg)

M

VI. Lampiran

1.Dengan suhu awal : 27 0C = 300 0K

Tekanan = 1 atm , ρ raksa = 13.800 kg/m3 , g = 9,8 m/s2

Pn = Po + ρgh , maka diperoleh :

2. Dari persmaan dua garis y− y 1

y2− y1= x−x1

x2−x1 ,

dengan y1= 77,1 cmHg = 1,02791 x 105 Pa , x1 = 36 0C = 309 K

y2= 77,3 cmHg = 1,03058 x 105 Pa , x2 = 38 0C = 311 K

maka :

y−1,02791 x10 5 Pa1,03058 x 10 5Pa−1,02791 x 105 Pa

= X−309 K311 K−309 K

2 Ky−2,05582 x 105 K Pa=0,00267 x 10 5 X Pa−0,825 x10 5 K Pa

y=0,615 x 10 5 Pa+0,00133 x 105 X Pa/ K

Untuk mencari suhu nol mutlak, Pn = 0 , maka y = 0

Y = mx + c

0=0,00133 x10 5 X Pa/K + 0,615 x10 5 Pa

0,00133 x10 5X Pa

K=0,615 x 10 5 Pa

Sehingga X = - 262,40 K X = suhu nol mutlak

T (C0) Δh (m) P (cmHg)30 0,4 76,631 0,5 76,533 0,6 76,635 0,7 76,736 1,1 77,138 1,3 77,339 1,5 77,540 1,6 77,641 1,8 77,843 2,3 78,3

3. Dengan metode grafik

Dengan meneruskan gradien (m) pada milimiter block hingga menyentuh sumbu x , maka diperoleh nilai nol mutlak berdasarkan grafik. Nilai nol mutlak grafik = - 272,45 0C

M

28 30 32 34 36 38 40 42 440

102030405060708090

P (cmHg)