Termometri bertanggung jawab untuk pengukuran suhu dalam berbagai sistem, dan merupakan disiplin permulaan yang cukup empiris, sejak zaman Hipokrates, di bidang kedokteran, ada kesadaran akan suhu tubuh, melalui sentuhan, dan menurut sensasi yang dirasakan itu diklasifikasikan sebagai "panas manis" atau "demam membara". Namun, baru setelah pengembangan termometer, oleh Galileo Galilei, bertahun-tahun kemudian, bidang studi ini meninggalkan perairan empiris, untuk mengadopsi peran ilmiah.
Kita semua tahu termometer sebagai alat untuk mengukur suhu tubuh, dan lingkungan, tetapi Bagaimana cara kerjanya? Dari mana asal timbangan termometri? Namun sebelum menjawab pertanyaan-pertanyaan tersebut, penting untuk memperjelas konsep variabel yang akan kita ukur, dalam hal ini suhu.
Suhu, satuan dasar dari skala termometri
Saat menamai kata suhu, Anda pasti memikirkan jumlah kalor, namun, hal pertama yang harus dipertimbangkan adalah itu panas tidak sama dengan suhu, meskipun tentu saja, kedua variabel tersebut terkait erat satu sama lain.
Panas adalah jumlah energi yang perpindahannya dikaitkan dengan gradien suhu antara dua sistem, yang berarti suhu adalah variabel yang menentukan panas, tetapi bukan panas itu sendiri. Suhu dikaitkan dengan energi kinetik, yang menentukan pergerakan partikel dalam sistem, dan karena ada agitasi yang lebih besar dalam pergerakan partikel, semakin besar besaran yang dihasilkan oleh apa yang disebut "skala termometrik".
Termometer, dasar dari termometri
Seperti yang sudah disebutkan, pencipta termometer pertama adalah Galileo Galilei, desain alat ini didasarkan pada perakitan tabung kaca vertikal, ditutup di kedua ujungnya, berisi air di mana beberapa bola kaca tertutup terendam, dengan cairan berwarna. dalam. Ini memungkinkan pencatatan pertama variasi suhu dibuat. Cairan yang digunakan dalam termometer pertama ini adalah air, namun kemudian digantikan oleh alkohol, karena air pada suhu yang sangat rendah mencapai titik beku, dan karena tekanan atmosfer bervariasi, tercatat fluktuasi permukaan air, tanpa ini berarti a variasi suhu.
Antara tahun 1611 dan 1613. Santorio memasukkan skala numerik ke instrumen Galileo. Namun instrumen ini masih belum memberikan hasil yang akurat, karena fluida ukur sangat rentan terhadap tekanan atmosfer. Pada tahun 1714, Daniel Fahrenheit memasukkan merkuri ke dalam pengukuran.
Penggunaan merkuri menunjukkan kemajuan besar dalam presisi instrumen, karena memiliki koefisien muai yang tinggi, gangguan yang disebabkan oleh suhu dapat dengan mudah diukur.
Prinsip kerja termometer
Ketika dua bagian sistem bersentuhan, yang dapat diharapkan adalah variasi sifat keduanya akan terjadi, yang terkait dengan fenomena perpindahan panas di antara keduanya. Kondisi yang harus dipenuhi agar sistem berada dalam kesetimbangan termal adalah sebagai berikut:
- Seharusnya tidak ada pertukaran panas antara pihak-pihak yang terlibat
- Tak satu pun dari properti yang bergantung pada suhu harus bervariasi.
Termometer beroperasi di bawah Prinsip nol termodinamika, yang menetapkan keterkaitan antara dua variabel dalam kesetimbangan termal. Artinya merkuri, sebagai fluida yang rentan terhadap perubahan suhu, ketika memasuki kesetimbangan dengan tubuh atau mediumnya, yang nilai suhunya ingin kita ketahui, mengadopsi nilai suhunya.
Perkembangan timbangan termometri
Seperti yang telah kami sebutkan, visioner pertama tentang kebutuhan untuk menetapkan parameter pengukuran dalam instrumen Galileo adalah Santorio, yang menetapkan skala numerik tanpa pengertian fisik. Namun, peristiwa ini sangat penting dalam pengembangan apa yang sekarang kita kenal sebagai timbangan termometri.
Kelas Rømer
Rømer adalah skala yang didasarkan pada pembekuan dan pendidihan air asin. Skala ini saat ini tidak digunakan, karena tidak memberikan hasil yang akurat.
Skala Fahrenheit
Daniel Fahrenheit adalah produsen peralatan teknis yang membuat termometer alkohol pada tahun 1709, dan kemudian bertahun-tahun kemudian ia membuat termometer berbasis merkuri yang pertama. Penemu asal Jerman ini, mengembangkan skala termometri sewenang-wenang, yang menggunakan namanya, yang memiliki karakteristik sebagai berikut:
- Tidak ada nilai negatif, karena pada saat itu belum ada pengertian mengenai suhu di bawah 0, oleh karena itu air mendidih terjadi pada suhu 212ºF, dan titik beku pada suhu 32ºF.
- Ini cukup akurat, karena didasarkan pada pengamatan pada termometer merkuri, bahan dengan pemuaian yang hampir seragam pada kisaran suhu tersebut.
- Dengan termometer presisi, Fahrenheit mengukur variasi suhu didih air dalam kondisi tekanan lingkungan, dan mampu menetapkan bahwa titik didih merupakan karakteristik dari setiap zat cair.
- Penggunaannya telah menyebar di negara-negara seperti Amerika Serikat dan Inggris Raya.
Skala Celcius
Di antara timbangan termometri, yang satu ini mendapatkan popularitas besar pada masanya. Ini ditemukan pada tahun 1742 oleh Astronom Swedia Andrés Celsius, yang mengembangkannya dengan mengambil titik beku air sebagai nilai yang lebih rendah dan titik didihnya sebagai nilai maksimum. Celsius melakukan serangkaian 100 divisi di antara dua titik ini.
Berbeda dengan timbangan lain, celcius bekerja dengan 100 derajat, dan penggunaannya telah diperluas untuk keperluan rumah tangga, karena di bidang ilmiah penggunaan skala Kelvin absolut lebih disukai.
Skala mutlak
Skala ini disebut "absolut", yang mempertimbangkan nilai nol absolut, dan kepentingannya pada dasarnya terletak pada aspek ini, karena tidak bergantung pada titik tetap yang berubah-ubah, melainkan menyajikan suhu sebagai ekspresi kinetika molekuler., Memperoleh nilai tersebut pada titik di mana penghentian gerakan molekuler ditentukan.
Penting untuk dicatat bahwa suhu ini dikaitkan dengan skala Celcius, karena keduanya menangani kelulusan 100.
Skala Rankine
Pada tahun 1859, insinyur William Rankine, mengusulkan skala ini, yang terkait dengan derajat Fahrenheit, karena menangani kelulusan yang sama, namun skala ini mencakup keberadaan nol mutlak. Secara analogi dapat dikatakan bahwa hubungan Celsius-Kelvin memiliki sifat yang sama dengan Fahrenheit-Rankine.
Konversi antara skala termometrik
Penggunaan konversi sangat penting dalam bidang pemecahan masalah, itu ditentukan oleh fakta bahwa kita tidak dapat mengelompokkan variabel yang berbeda sifatnya. Dan karena disiplin ilmu yang berbeda dapat ditangani dalam kerangka skala termometri yang berbeda, hubungan telah dibentuk yang memungkinkan transformasi nilai.
- Fahrenheit (ºF) - Rankine (ºR)
ºF = ºR- 460
- Celsius (ºC) - Kelvin (ºK)
ºC = ºK- 273
- Celsius (ºC) - Fahrenheit (ºF)
ºC = (ºF-32) / 1,8