1 Pengukuran Suhu Efek Radiasi I.Pendahuluan Suhu adalah suatu sistem yang dapat diartikan sebagai suatu sifat yang menentukan bahwa sistem tersebut setimbang termal dengan sistem yang lainnya atau tidak. Jika dua buah sistem atau lebih berada pada kesetimbangan termal, maka sistem tersebut akan dikatakan mempunyai suhu yang sama. Pada dasarnya, suhu berkaitan erat dengan energi kinetik molekul senyawanya. Suhu juga dapat didefinisikan sebagai kondisi dimana benda (potensial) yang menentukan suatu perpindahan kalor menuju ataupun dari benda yang lain. Secara bisa disebut tingkat atau derajat kepanasan atau derajat kedinginan. Suhu menunjukan derajat panas suatu benda. Mudahnya kita dapat menjelaskan bahwa semakin tinggi suhu suatu benda, semakin panas benda tersebut. Secara mikroskopis suhu menunjukan energi yang dimiliki oleh suatu benda. Setiap atom dalam suatu benda masing-masing bergerak, baik itu dalam bentuk perpindahan maupun gerakan di tempat berupa getaran. Semakin tinggi eneri atom-atom penyusun benda, semakin tinggi pula suhu benda tersebut. Suhu sering disebut juga dengan istilah temperatur. Dengan naiknya suatu suhu, maka kecepatan reaksinya akan besar, jadi konversinya akan besar pula. Secara kualitatif, kita dapat mengetahui bahwa suhu adalah sensasi dingin atau panasnya suatu benda yang dirasakan ketika menyentuhnya. Jika ditinjau secara kuantitatif, kita dapat mengetahui dengan dengan menggunakan termometer. Kata termometer diambil dari dua kata yaitu thermoyang berarti panas dan meter yang artinya mengukur ( to measure). Suhu dapat diukur menggunakan termometer yang berisi air raksa atau alkohol. Pengukuran suhu dibagi menjadi dua yaitu metode kontak dan metode non- kontak. Pengukuran suhu dengan metode kontak salah satunya adalah dengan menggunakan termometer air raksa. Sedangkan, pengukuran suhu dengan metode non-kontak salah satunya adalah dengan memanfaatkan radiasi. Pada makalah ini akan dibahas pengukuran suhu dengan efek radiasi. II.Pembahasan A.Radiasi Radiasi dalam istilah fisika, pada dasarnya adalah suatu cara perambatan energi dari sumber energi ke lingkungannya tanpa membutuhkan medium. Beberapa contohnya adalah perambatan panas, perambatan cahaya, dan perambatan gelombang radio. Selain radiasi, ener gi dapat juga dipindahkan dengan cara konduksi, kohesi, dan konveksi. Secara garis besar radiasi digolongkan ke dalam radiasi pengion dan radiasi non-pengion.
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
I. PendahuluanSuhu adalah suatu sistem yang dapat diartikan sebagai suatu sifat yang
menentukan bahwa sistem tersebut setimbang termal dengan sistem yang lainnyaatau tidak. Jika dua buah sistem atau lebih berada pada kesetimbangan termal,maka sistem tersebut akan dikatakan mempunyai suhu yang sama. Pada dasarnya,suhu berkaitan erat dengan energi kinetik molekul senyawanya.
Suhu juga dapat didefinisikan sebagai kondisi dimana benda (potensial)yang menentukan suatu perpindahan kalor menuju ataupun dari benda yang lain.Secara bisa disebut tingkat atau derajat kepanasan atau derajat kedinginan. Suhu
menunjukan derajat panas suatu benda. Mudahnya kita dapat menjelaskan bahwasemakin tinggi suhu suatu benda, semakin panas benda tersebut.Secara mikroskopis suhu menunjukan energi yang dimiliki oleh suatu
benda. Setiap atom dalam suatu benda masing-masing bergerak, baik itu dalam bentuk perpindahan maupun gerakan di tempat berupa getaran. Semakin tinggieneri atom-atom penyusun benda, semakin tinggi pula suhu benda tersebut. Suhusering disebut juga dengan istilah temperatur. Dengan naiknya suatu suhu, makakecepatan reaksinya akan besar, jadi konversinya akan besar pula.
Secara kualitatif, kita dapat mengetahui bahwa suhu adalah sensasi dinginatau panasnya suatu benda yang dirasakan ketika menyentuhnya. Jika ditinjausecara kuantitatif, kita dapat mengetahui dengan dengan menggunakantermometer. Kata termometer diambil dari dua kata yaitu thermo yang berarti
panas dan meter yang artinya mengukur ( to measure ). Suhu dapat diukurmenggunakan termometer yang berisi air raksa atau alkohol.
Pengukuran suhu dibagi menjadi dua yaitu metode kontak dan metode non-kontak. Pengukuran suhu dengan metode kontak salah satunya adalah denganmenggunakan termometer air raksa. Sedangkan, pengukuran suhu dengan metodenon-kontak salah satunya adalah dengan memanfaatkan radiasi. Pada makalah iniakan dibahas pengukuran suhu dengan efek radiasi.
II. PembahasanA. Radiasi
Radiasi dalam istilah fisika, pada dasarnya adalah suatu cara perambatanenergi dari sumber energi ke lingkungannya tanpa membutuhkan medium.Beberapa contohnya adalah perambatan panas, perambatan cahaya, dan
perambatan gelombang radio. Selain radiasi, energi dapat juga dipindahkan dengancara konduksi, kohesi, dan konveksi.
Secara garis besar radiasi digolongkan ke dalam radiasi pengion dan radiasi
Radiasi pengion adalah jenis radiasi yang dapat menyebabkan proses ionisasi(terbentuknya ion positif dan ion negatif) apabila berinteraksi dengan materi. Yangtermasuk dalam jenis radiasi pengion adalah partikel alpha, partikel beta, sinargamma, sinar-X dan neutron. Setiap jenis radiasi memiliki karakteristik khusus.
Yang termasuk radiasi pengion adalah partikel alfa (α), partikel beta (β), sinargamma (γ), sinar -X, partikel neutron.Radiasi non-pengion (elektromagnetik) adalah jenis radiasi yang tidak akan
menyebabkan efek ionisasi apabila berinteraksi dengan materi. Radiasi non- pengion tersebut berada di sekeliling kehidupan kita. Yang termasuk dalam jenisradiasi non-pengion antara lain adalah gelombang radio (yang membawa informasidan hiburan melalui radio dan televisi); gelombang mikro (yang digunakan dalammicrowave oven dan transmisi seluler handphone); sinar inframerah (yangmemberikan energi dalam bentuk panas); cahaya tampak (yang bisa kita lihat);sinar ultraviolet (yang dipancarkan matahari).
Radiasi yang dihasilkan oleh suatu panas disebut Radiasi Termal. Definisiformal dari radiasi termal adalah radiasi elektromagnetik yang dipancarkan dari
permukaan sebuah objek yang bergantung pada temperatur objek.
B. Radiasi TermalRadiasi termal dihasilkan ketika energi panas dari partikel bermuatan yang
bergerak dalam atom pada objek diubah menjadi radiasi elektromagnetik pada permukaan benda. Frekuensi dari gelombang yang dipancarkan radiasi termaladalah suatu kemungkinan yang hanya bergantung pada temperatur benda.
Hukum Kirchhoff tentang radiasi termal adalah pernyataan umum dalammenghitung emisi dan absorpsi objek yang dipanaskan. Hukum ini diajukanoleh Gustav Kirchhoff pada tahun 1859, dibuat berdasarkan hukum keseimbangantermodinamika .
Setiap permukaan suatu benda dapat memancarkan radiasi termal yangmempunyai spektrum intensitas bergantung pada suhu dan karakteristik permukaan
benda tersebut. Karakteristik radiasi termal dari permukaan benda mengikutihukum kuadrat terbalik dan hukum Stefan-Botlzman (Maddu, 2008).
Frekuensi gelombang yang dipancarkan radiasi termal mengikuti sebuahdistribusi probabilitas yang bergantung hanya pada temperatur. Untuksebuah benda hitam sempurna distribusi ini dinyatakan oleh hukum radiasiPlanck. Hukum Wien menyatakan frekuensi yang paling mungkin dari radiasi yangdipancarkan, dan hukum Stefan-Boltzmann menyatakan intensitas panasnya.
Saat temperatur T > 0 K, semua objek akan mengalami radiasi gelombangelektromagnetik. Jika benda ini adalah benda hitam sempurna, benda itu akanmemancarkan energi setara dengan energi yang diserapnya berdasarkan persamaanradiasi benda hitam. Secara umum, jika benda itu bukan benda hitam sempurna,maka akan meradiasikan sejumlah energi yang memiliki rasio berdasarkan bendahitam sempurna, yang disebut emisivitas . Objek yang berada pada kesetimbangan
termal dengan radiasi lingkungan akan lebih banyak menyerap energi. Hal ini
menunjukkan bahwa benda hitam sebagai emiter penyerapan radiasi yang baik (Blatt, 1992 )
Hukum Kirchhoff menyatakan bahwa pada keseimbangan termal , tingkatemisi suatu benda atau permukaan setara dengan jumlah penyerapannya.
Penyerapan ( absorptivitas ) yang dimaksud adalah fraksi cahaya (atau energi) yangdiserap suatu benda atau permukaan. Dalam bentuk yang lebih umum, energi iniharus diintegralkan berdasarkan semua jenis panjang gelombang cahaya dan sudutdatang cahaya. Dalam beberapa kasus, tingkat emisi dan penyerapan hanya dapatdidefinisikan berdasarkan panjang gelombang dan sudut datang tertentu.
Hukum Kirchhoff memiliki kesimpulan bahwa emisivitas tidak bisa melebihi jumlah energi yang diserap (berdasarkan hukum kekekalan energi ), sehingga tidakmungkin suatu benda memancarkan energi radiasi yang lebih besar dibandingkan
benda hitam sempurna pada kesetimbangan.Energi yang diemisikan suatu benda berbeda dengan energi yang dipantulkan
benda. Hukum Kirchhoff dinyatakan sebagai, “ Pemantul energi yang buruk adalah pemancar energi yang baik. Namun, pemantul energi yang baik merupakan pemancar energi yang buruk”.
C. Emisivitas
Emisivitas adalah rasio energi yang d iradiasikan oleh material tertentu dengan
energi yang diradiasikan oleh benda hitam (black body ) pada temperatur yang
sama. Ini adalah ukuran dari kemampuan suatu benda untuk meradiasikan energi
yang diserapnya. Benda hitam sempurna memiliki emisivitas sama dengan 1 ( e=1)
sementara objek sesungguhnya memiliki emisivitas kurang dari satu. Emisivitas
adalah satuan yang tidak berdimensi. Pada umumnya, semakin kasar dan hitam
benda tersebut, emisivitas meningkat mendekati 1.
Emisivitas bergantung pada faktor diantaranya temperatur , sudut elevasi emisi,
dan panjang gelombang 9 lamda dan radiasi. Sering diasumsikan dalam
dunia teknik bahwa emisivitas tidak bergantung pada panjang gelombang, sehingga
emisivitas konstan. Hal ini dikenal dengan istilah "asumsi benda abu-abu".
Kelas lain dari pyrometer tergantung dari variasi dalam pancaran energi
radiasi monokromatik dengan temperatur. Piranti ini sering dinamakan
sebagai pyrometer optis karena mereka biasa melibatkan panjang gelombang hanya
pada bagian gelombang tampak dari spektrum. Kita mengetahui bahwa intensitas
pada beberapa panjang gelombang tertentu adalah sebanding dengan temperatur.
Apabila intensitas dari satu objek cocok dengan yang lain, maka temperaturnya
adalah sama. Dalam pyrometer optis, intensitas dari filamen platinum yang
dipanaskan akan berubah-ubah hingga menjadi cocok dengan objek yang akan
ditentukan temperaturnya. Karena sekarang temperaturnya sama dan temperatur
filamen dikalibrasikan terhadap seuatu setting panas, temperatur dari suatu objek
dapat ditentukan.
Gambar 3 memperlihatkan sistem khusus untuk implementasi dari suatu
pyrometer optis. Dalam gambar tersebut, sistem difokuskan pada objek yang akan
diukur temperaturnya, dimana pem- filter -an dilakukan hanya pada panjang
gelombang yang diinginkan, yang biasanya adalah merah. Pengamat juga melihat
filamen platinum yang ditumpangkan pada citra dari objek. Pada pemanasan
rendah filamen akan terlihat gelap terhadap latar belakang objek, seperti yang
diperlihatkan pada Gambar 4a. pada saat filamen dipanaskan, akan muncul sebagai
filamen yang terang terhadap latar belakang objek, seperti yang diperlihatkan pada
Gambar 4c. Di suatu tempat dintara nya adalah titik pada saat kecerahan dari
filamen dan objek yang diukur adalah cocok. Pada setting inim filamen tidak
muncul dengan pembandingan latar belakang objek, dan temperatur objek dapat
dibaca dari penghubung filamen pemanas.
Gambar 3.Suatu pyrometer optis yang cocok dengan intensitas dariobjek yang dipanaskan, filamen yang dikalibrasikan,biasanya sebagai panjang gelombang dalam merah
Jangkauan dari piranti pyrometer optis ditentukan dalam bagian akhir pada
titik dimana objek menjadi cahaya tampak dalam merah (~500 K) dan secara jelasdibatasi oleh titik leleh dari platinum pada batas akhir (~3000 K). Akurasi adalah
tipikal pada ±5 K hingga ±10K yang merupakan fungsi dari operator kesalahan
(error ) dalam penyesuaian intensitas dan koreksi emisivitas untuk objek. Piranti
tersebut tidak mudah diadaptasikan untuk mengontrol proses, karena mereka
membutuhkan perbandingan optis yang teliti, biasanya oleh operator manusia.
Aplikasi-aplikasinya lebih menonjol dalam pengukuran spot dimana monitoring
secara konstan atau kontrol temperatur tidak diperlukan.
B. Pirometer Radiasi Total
Pirometer radiasi (juga dikenal sebagai radiasi pyrometers) mengukur radiasi
ini dalam rangka untuk menghitung suhu benda. Tingkat total radiasi emisi per