Termometer

Termometer adalah alat yang mengukur suhu atau perubahannya. Termometer memiliki dua elemen penting: (1) Sensor suhu (misalnya tonjolan pada termometer air raksa) yang menunjukkan perubahan fisik dengan temperatur, dan (2) Alat untuk mengubah perubahan fisik ini menjadi nilai angka (misalnya skala yang ditandai pada termometer). Termometer banyak dipakai dalam industri untuk mengontrol dan mengatur proses, mempelajari cuaca, pengobatan, dan penelitian sains.

Terdapat berbagai prinsip yang membedakan pemakaian termometer. Hal ini termasuk pemuaian termal dari zat padat atau cair dengan suhu, dan perubahan tekanan pada pemanasan atau pendinginan zat gas. Termometer tipe radiasi mengukur energi inframerah yang dipancarkan benda, memungkinkan pengukuran tanpa kontak. Kebanyakan logam adalah konduktor panas yang baik dan mereka berbentuk padat pada suhu ruangan. Raksa adalah satu-satunya yang berbentuk cair di suhu ruangan, dan memiliki koefisien muai yang tinggi. Walau demikian, perubahan suhu terkecil dapat terlihat saat dipakai di termometer. Inilah alasan penggunaan air raksa dan alkohol dipakai di termometer.

Beberapa prinsip dari termometer dikenal dari filsuf Yunani 2000 tahun lalu. Termometer modern berkembang dari termoskop dengan tambahan skala pada awal abad 17 dan mengalami penyempurnaan selama abad 17 dan 18.

Suhu pada Termometer

Walaupun termometer dapat dipakai untuk mengukur suhu, nilai dari dua termometer tidak bisa dibandingkan kecuali memakai skala yang sama. Saat ini terdapat skala suhu termometer yang pasti yang sudah disetujui dunia internasional. Skala temperatur yang umum dipakai adalah Skala Temperatur Internasional pada 1990. Jangkauannya mulai dari 0.65 K (−272.5°C; −458.5°F) hingga 1,358 K (1,085°C; 1,985°F).

Prinsip Fisika pada Termometer

Beragam termometer dari abad ke 19

Perbandingan skala Celcius dan Fahrenheit

Termometer dapat dideskripsikan sebagai alat pengukuran empiris atau absolut. Termometer absolut dikalibrasi dengan angka oleh skala temperatur termodinamik. Termometer empiris tidak terlalu sama hasil pembacaan skala pengukurannya dengan termometer absolut, tetapi dapat disamakan dengan cara mengisolasi kedua termometer pada keadaan equilibrium termodinamik masing-masing, dan hasil pengukuran didapat dari suhu yang tertinggi atau mereka menghasilkan suhu yang sama. Untuk dua termometer empiris, tidak diperlukan adanya hubungan antara pembacaan angka pada skala agar sama, tapi tetap dibutuhkan hubungan yang monoton. Ini adalah sifat dasar dari suhu dan termometer.

Seperti yang tertulis pada buku, "Zeroth Law of Thermodynamics" gagal memberikan informasi ini, tetapi pernyataan dalam zeroth law of thermodynamics oleh James Serrin pada 1977, lebih informatif untuk termometri dibanding hanya atematika abstrak: "Zeroth Law – Terdapat garis topologikal yang menjadi bermacam – macam  koordinat sifat material. Titik-titik yang muncul disebut 'level panas', dan disebut 'kemunculan panas universal'." Dari informasi ini diperlukan tambahan rasa panas yang lebih besar; ini didapat dari kalorimetri, dari termodinamika, dan sifat bahan tertentu, dari hukum pemindahan radiasi panas oleh Wien: suhu dari radiasi termal sebanding, dengan konstanta universal, terhadap frekuensi spektrum maksimum; nilainya selalu positif atau nol. Cara lain mengetahui bahwa kondisi panas berlawanan dengan kondisi dingin adalah dengan prinsip Planck, yang saat proses isokorik adiabatik satu-satunya yang bekerja berarti perubahan energi dalam pada sistem tertutup, keadaan akhir dari sistem tidak pernah lebih dingin dari keadaan awal; kecuali untuk fase perubahan dengan kalor laten, dapat lebih panas dari keadaan awalnya.

Ada beberapa prinsip dalam pembuatan termometer empiris, seperti tertulis di artikel ini pada bagian berjudul "Primary and Secondary Thermometers". Beberapa prinsip didasarkan pada relasi konstitusi antara kesesuaian pemilihan bahan dan suhunya. Hanya beberapa bahan yang cocok untuk tujuan ini, yang disebut "bahan termometrik". Termometri radiometrik, sebaliknya, hanya bergantung pada relasi konstitusi bahan. Sehingga termometri radiometrik dapat disebut "Universal". Ini karena ia berhenti pada sifat universal dari equilibrium termodinamika, yang mempunyai sifat universal untuk memproduksi radiasi benda hitam.

Bahan termometer

Termometer bimetalik bertangkai dipakai untuk mengukur susu yang mendidih.

Termometer bimetalik untuk memasak dan memanggang di oven.

Terdapat banyak jenis termometer empiris berdasarkan sifat bahannya. Banyak termometer empiris bergantung pada hubungan antara tekanan, volume, dan suhu dari bahan termometer. Sebagai contoh, air raksa memuai saat dipanaskan. Jika alat itu digunakan berhubungan dengan tekanan dan volume dan suhu, bahan termometer harus memiliki 3 sifat :

(1) Pemanasan dan pendinginan harus cepat. Saat sejumlah panas masuk atau keluar dari suatu bahan, bahan harus memuai atau mengkerut ke volume akhir atau mencapai tekanan akhir dan mencapai temperatur akhir tanpa penundaan; beberapa panas yang masuk dapat diartikan sebagai perubahan volume bahan pada temperatur tetap, disebut kalor laten pemuaian pada temperatur konstan; dan sisanya dapat diartikan sebagai perubahan temperatur bahan pada volume tetap, disebut kalor spesifik pada volume konstan. Beberapa bahan tidak memiliki sifat ini, dan membutuhkan waktu untuk mendistribusikan panas diantara perubahan temperatur dan volume.

(2) Pemanasan dan pendinginan harus dapat bolak-balik. Artinya, bahan tersebut harus bisa dipanaskan dan didinginkan berulang kali dengan peningkatan dan penurunan panas yang sama, dan tetap kembali ke tekanan, volume, dan suhu aslinya. Beberapa plastik tidak memiliki sifat ini.

(3) Pemanasan dan pendinginan harus monoton. Artinya, selama pengukuran suhu yang dimaksud,

(a) pada temperatur tetap, pilihannya (α) volume naik saat temperatur naik, atau (β) volume turun saat temperatur naik; tidak untuk (α) beberapa temperatur dan (β) yang lainnya; atau

(b) pada volume tetap, pilihannya (α) tekanan naik saat temperatur naik, atau (β) tekanan turun saat temperatur naik; tidak untuk (α) beberapa temperatur dan (β) yang lainnya.

Pada suhu sekitar 4°C, air tidak memiliki sifat no (3); sehingga air tidak dapat dipakai untuk mengukur suhu disekitar 4°C. Sedangkan gas, memiliki semua sifat (1), (2), dan (3)(a)(α) dan (3)(b)(α). Sehingga mereka cocok untuk alat pengukur suhu, dan penting untuk pengembangan alat ukur suhu.