KONSEP TEMPERATUR DAN HUKUM KE NOL TERMODINAMIKA

Setiap instrumen ukur harus dianggap tidak cukup baik sampai terbukti melalui kalibrasi dan atau pengujian bahwa instrumen ukur tersebut memang baik. Kalibrasi adalah kegiatan untuk menentukan kebenaran konvensional nilai penunjukkan alat ukur dan bahan ukur dengan cara membandingkan terhadap standar ukur yang mampu telusur (traceable) ke standar nasional maupun internasional untuk satuan ukuran dan/atau internasional dan bahan-bahan acuan tersertifikasi.

Kalibrasi adalah serangkaian kegiatan yang membentuk hubungan antar nilai yang ditunjukkan oleh instrumen pengukuran atau sistem pengukuran, atau yang diwakili oleh bahan ukur, dengan nilai-nilai yang sudah diketahui yang berkaitan dari besaran yang diukur dengan kondisi tertentu.

Tujuan Kalibrasi

1.      Mencapai ketertelusuran pengukuran. Hasil pengukuran dapat dikaitkan/ditelusur sampai ke standar yang lebih tinggi/teliti (standar primer nasional dan / internasional), melalui rangkaian perbandingan yang tak terputus.

2.      Menentukan deviasi (penyimpangan) kebenaran nilai konvensional penunjukan suatu instrument ukur.

3.      Menjamin hasil-hsil pengukuran sesuai dengan standar Nasional maupun Internasional.

Manfaat Kalibrasi

1.      Menjaga kondisi instrumen ukur dan bahan ukur agar tetap sesuai dengan spesefikasinya

2.      Untuk mendukung sistem mutu yang diterapkan di berbagai industri pada peralatan laboratorium dan produksi yang dimiliki.

3.      Bisa mengetahui perbedaan (penyimpangan) antara harga benar dengan harga yang ditunjukkan oleh alat ukur.

Prinsip Dasar Kalibrasi

1.      Obyek Ukur (Unit Under Test)

2.      Standar Ukur(Alat standar kalibrasi, Prosedur/Metrode standar (Mengacu ke standar kalibrasi internasional atau prosedur yg dikembangkan sendiri oleh laboratorium yg sudah teruji (diverifikasi))

3.      Operator / Teknisi ( Dipersyaratkan operator/teknisi yg mempunyai kemampuan teknis kalibrasi (bersertifikat))

4.      Lingkungan yg dikondisikan (Suhu dan kelembaban selalu dikontrol, Gangguan faktor lingkungan luar selalu diminimalkan & sumber ketidakpastian pengukuran)

Hasil Kalibrasi antara lain:

1.      Nilai Obyek Ukur

2.      Nilai Koreksi/Penyimpangan

3.      Nilai Ketidakpastian Pengukuran(Besarnya kesalahan yang mungkin terjadi dalam pengukuran, dievaluasi setelah ada hasil pekerjaan yang diukur & analisis ketidakpastian yang benar dengan memperhitungkan semua sumber ketidakpastian yang ada di dalam metode perbandingan yang digunakan serta besarnya kesalahan yang mungkin terjadi dalam pengukuran)

4.      Sifat metrologi lain seperti faktor kalibrasi, kurva kalibrasi.

Sudah merupakan suatu ketentuan bahwa setiap alat ukur proteksi radiasi harus di kalibrasi secara periodik oleh instansi yang berwenang. Hal ini dilakukan untuk menguji ketepatan nilai yang ditampilkan alat terhadap nilai sebenarnya. Perbedaan nilai antara yang ditampilkan dan yang sebenarnya harus dikoreksi dengan suatu parameter yang disebut sebagai faktor kalibrasi ( F_k ). Dalam melakukan pengukuran, nilai yang ditampilkan alat harus dikalikan dengan faktor kalibrasinya. Secara ideal, faktor kalibrasi ini bernilai satu, akan tetapi pada kenyataannya tidak banyak alat ukur yang mempunyai faktor kalibrasi sama dengan satu. Nilai yang masih dapat 'diterima' berkisar antara 0,8 sampai dengan Faktor Kalibrasi dapat dihitung dengan persamaan berikut.

Dimana D_s  adalah nilai dosis sebenarnya, sedangkan D_u adalah nilai yang ditampilkan alat ukur. Terdapat dua metode untuk melakukan kalibrasi yaitu:

1.         Menggunakan sumber radiasi standar

2.         Menggunakan alat ukur standar

Cara pertama, alat ukur diletakkan pada jarak tertentu, misalnya 1 m, dari sumber standar yang telah diketahui jenis nuklida maupun aktivitasnya. Dosis paparan yang mengenai survaimeter (D_s) ditentukan berdasarkan perhitungan. Cara kedua, alat ukur yang akan dikalibrasi dan alat ukur standar diletakkan pada jarak yang sama dari suatu sumber, sehingga dosis radiasi yang mengenai dua alat ukur tersebut sama. Nilai dosis radiasi yang ditampilkan oleh alat ukur standar dianggap sebagai dosis sebenarnya ( D_s ).

Tanggapan atau respon suatu alat ukur terhadap dosis radiasi ternyata berbeda untuk energi radiasi yang berbeda. Setiap alat ukur seharusnya dikalibrasi dengan sumber yang mempunyai tingkat energi yang 'sama' dengan tingkat energi radiasi yang digunakan di lapangan. Perbedaan respon tersebut sangat “significant” pada rentang energi di bawah 200 keV seperti terlihat pada Gambar IV.5 berikut. Pada rentang energi di atas 500 keV, perbedaan responnya sudah tidak terlalu besar.

Kalibrasi Alat Semprot

Suatu percobaan untuk menghitung volume semprot yang dibutuhkan untuk menyemprot suatu areal tertentu.

1.         Mengukur lebar semprotan misal : a meter

2.          Mengukur kecepatan jalan Buat awal jalan lalu laksanakan

3.          Penyemprotan selama ¹menit lalu ukur brp jaraknya, misal : b meter.

4.          Ukur kecepatan aliran

5.         Isi knap sack dengan air bersih, pompa sampai 8x agar tekanan menjadi ¹atm. Semprotkan ¹menit dan air ditampung. Misal : c ltr/mnt

Perhitungan:
Luas areal yang disemprot/menit : kecepatan jalan x lebar semprot : bxc m2/mnt.

Kalibrasi dalam  pH meter

Instrumen pHmeter adalah peralatan laboratorium yang digunakan untuk menentukan pH atau tingkat keasaman dari suatu sistem larutan. (Beran, 1996). Tingkat keasaman dari suatu zat, ditentukan berdasarkan keberadaan jumlah ion hidrogen dalam larutan.

Penentuan kalibrasinya dapat dilakukan dengan cara:

1.        Teknik satu titik, yaitu pada sekitar pH yang akan diukur, yakni kalibrasi dengan buffer standar pH 4,01 untuk sistem asam, buffer standar pH 7,00 untuk sistem netral, dan buffer standar pH 10,01 untuk sistem basa.

2.        Teknik dua titik (diutamakan)Apabila sistem bersifat asam, maka digunakan 2 buffer standar berupa pH 4,01 dan 7,00 Apabila sistem bersifat basa, digunakan 2 buffer standar berupa pH 7,00 dan 10,01.

3.         Teknik multi titik Kalibrasi dilakukan dengan menggunakan 3 buffer standar. Untuk sistem dengan pH < 2,00 atau > 12,00, sering terjadi ketidaknormalan elektroda, kelemahan ini dipengaruhi oleh jenis alat yang digunakan. Untuk pengukuran yang dilakukan dalam waktu yang lama, maka diperlukan proses kalibrasi secara periodik selang 1,5 – 2 jam. Hal ini untuk menjaga kestabilan dari alat pHmeter yang digunakan, sehingga tetap dapat diperoleh hasil pengukuran yang bagus. Untuk keperluan kalibrasi ini dapat menggunakan buffer pH yang ada di pasaran, skala yang biasa digunakan adalah: pH = 4,01 merah; pH = 7,00 hijau; pH = 10,00 biru.

Praktikum kali ini mengenai konsep temperatur dan hukum termodinamika ke-nol. Pada praktikum kali ini praktikan melakukan dua pengamatan yaitu perubahan fase dan kalibrasi. Pengamatan dilakukan oleh lima kelompok, diperoleh hasil yang berbeda-beda dari massa es yang sama (135 gram) dan peralan yang sama. Hal tersebut dikarenakan, ada beberapa faktor yang dapat mempengaruhi hasil dari praktikum. Faktor-faktor yang dapat mempengaruhi hasil praktikum diantaranya adalah angin (kondisi lingkungan), besar kecilnya sumbu bunsen, keakuratan alat ukur (termometer), ketelitian praktikan dalam pencatatan data. Kondisi lingkungan dapat mempengaruhi hasil data praktikum, misalnya saja ketika sedang ada angin maka sumbu bunsen dapat tertiup angin hal ini dapat mempengaruhi besar kecilnya nyala api. Besar kecilnya nyala api sangat berpengaruh dengan perubahan fase yang sedang kita amati, semakin besar nyala sumbu bunsen semakin cepat fase berubah.

Hukum termodinamika ke-nol berbunyi sebagai berikut “Ketika dua sistem dalam keadaan setimbang dengan sisitem ke tiga, maka ketiganya dapat saling setimbang satu sama lain”. Untuk lebih memahami tentang isi hukum termodinamika ke -nol, maka bunyi hukum ini dapat ditulis ulang dengan kata-kata yang lebih sederhana yaitu  Jika benda A mempunyai temperatur yang sama dengan benda B dan benda B mempunyai temperatur yang sama dengan benda C maka temperatur benda A akan sama dengan temperatur benda C atau disebut ketiga benda (benda A, B dan C) berada dalam kondisi kesetimbangan termal.

 

Fase adalah kuantitas zat yang mempunyai struktur fisiska dan komposisi kimia yang seragam. Struktur fisika dikatakan seragam apabila zat terdiri dari gas saja, cair saja atu padat saja. Komposisi kimia dikatakan seragam apabila suatu zat hanya terdiri dari suatu bahan kimia yang dapat berbentuk padat, cair atau gas atau campuran dari dua atau tiga bentuk itu. Zat murni mempunyai komposisi kimia yang seragam dan tidak berubah. Zat murni dapat berbeda dalam beberapa fase:

1.        Fase padat biasanya dikenal denga es

2.        Fase cair

3.        Fae uap

4.        Campuran Kesetimbangan fase cair dan uap

5.        Campuran kesetimbangan fase padat dan cair

6.        Campuran kesetimbangan fase padat dan uap

Zat murni kebanyakan mengandung lebih dari satu fase, tetapi komposisi kimianya sama untuk semua fase. Cairan air, campuran dari cairan air dan uap air atau campuran es dan cairan air adalah zat murni karena setiap fase mempunyai komposisi kimia yang sama yaitu H₂O.

Perubahan fase zat H₂O merupakan salah satu bentuk penyesuaian H₂O dengan suhu dari benda lain yang berkontak langsung dengan H₂O tersebut untuk menciptakan kesetimbangan energi kalor.

Kalor dapat berpindah dari satu benda ke benda yang lainnya. Kalor berpindah dari benda yang memiliki kalor lebih besar ke benda yang memiliki kalor lebih kecil. Kalor juga didefinisikan sebagai fluida yang tidak kelihatan. Karena sebagai fluida, maka kalor dapat mengalir. Hal yang menyebabkan kalor mengalir adalah beda temperatur benda. Kalor mengalir dari benda  atau reservoir yang memiliki temperatur yang lebih tinggi ke benda atau reservoir yang memiliki temperatur lebih rendah.

Faktir-faktor yang mempengaruhi laju kalor :

1. Beda suhu, beda suhu akan sangat berpengaruh pada besar kecilnya kalor.

2. Ketebalam dinding,  makin tebal dinding, makin pelan perpindahan kalor.

3. Luas permukaan, makin luas permukaan makin cepat perpindahan kalor.

4. Konduktivitas termal zat, merupakan kemampuan zat menghantarkn kalor, makin besar nilai k, makin cepat perpindahan kalor.

            Berikut beberapa contoh aplikasi termodinamika yang biasa digunakan dalam kehidupan sehari-hari :

1. Air Conditioner (AC)

Sistem kerja AC terdiri dari bagian yang berfungsi untuk menaikkan dan menurunkan tekanan supaya penguapan dan penyerapan panas dapat berlangsung.

Kompresor yang ada pada sistem pendingin dipergunakan sebagai alat untuk memampatkan fluida kerja (refrigent), jadi refrigent yang masuk ke dalam kompresor dialirkan ke kondenser yang kemudian dimampatkan di kondenser.

2.     Pendinginan Air dengan Sistem Refrigran

Pendinginan air pada dispenser menggunakan sistem refrigran sama seperti sistem refrigran pada kulkas hanya saja evaporatornya dimasukkan kedalam tampungan air kedua yang berada dibawah tampungan air pertama, sehingga air disekitar evapurator akan menjadi air dingin. Hasil pendinginan air pada dispenser menggunakan sistem refrigran lebih maksimal dibandingkan pendinginan air menggunakan fan. Setelah air melalui proses pendinginan pada tampungan air kedua, air akan mengalir dan keluar memalui keran.

3.    Rice Cooker

Pada rice cooker, energi panas ini dihasilkan dari energi listrik. Suatu cairan akan menguap bila tekanan uap gas yang berasal dari cairan adalah sama dengan tekanan dari cairan ke sekitarnya (Puap = Pcair). Jadi, titik didih suatu cairan sebenarnya bisa dimanipulasi dengan meningkatkan tekanan di luar cairan (tekanan eksternal). Pada penanak nasi biasa, air akan dididihkan dengan tekanan eksternal biasa, yaitu 101 kPa, dan mendidih pada titik didih biasa, yaitu 100°C (373 K).