3-5-1 Pengukuran balistik (ballistics measurements)
Pengukuran fluksi magnet umumnya membutuhkan pemakaian sebuah galvanometer balistik. Galvanometer balistik sesungguhnya adalah gerakan d'Arsonval, yang secara khusus dirancang untuk pemakaian (operasi) yang lama (20 sekon sampai 30 sekon) dan dengan kepekaan yang tinggi. Dalam pengukuran-pengukuran balistik, kumparan menerima suatu impuls arus sesaat, yang menyebabkannya berayun ke satu sisi dan kemudian kembali berhenti dalam gerakan berosilasi, yang diatur oleh rangkaian peredam (bab 4-2-3). Bila impuls arus cukup singkat (sebentar), defleksi (penyimpangan) mula-mula dari posisi berhenti adalah berbanding langsung dengan kuantitas pengosongan muatan listrik melalui kumparan. Besar relatif dari impuls arus diukur dalam defleksi sudut mula-mula dari kumparan dan dapat dituliskan sebagai
Q = Kθ (3-3)
dimana Q = muatan dalam Coulomb K = kepekaan galvanometer dalam
defleksi radian
Coulumb
θ = penyimpangan sudut dari kumparan, dalam radian.
kepekaan K, bergantung pada redaman dan besarnya arus diperoleh secara eksperimental melalui pemeriksaan kalibrasi pada kondisi-kondisi pemakaian yang aktual.
Beberapa prosedur dapat digunakan untuk mengalibrasi galvanometer balistik; diantaranya adalah metoda kapasitor, metoda solenoida dan metoda induktor bersama (mutual inductor). Metoda terakhir ini ditunjukkan pada Gambar 3-7 dalam mana mana sumber arus di dalam rangkaian primer dikopel ke galvanometer balistik melalui cara pengujian induktansi bersama. Pembalikan arus primer yang diketahui (I) menyebabkan penyimpangan galvanometer (θ) yang sebanding dengan konstanta-konstanta rangkaian dan kepekaan galvanometer.
Dapat ditunjukkan bahwa muatan total di dalam, rangkaian yang disebabkan oleh perubahan arus dari + I menjadi -I adalah,
) ( 2 coulumb R MI Q (3-4)
Dimana M = induktansi bersama dalam henry
41 Gambar 3-7 Kalibrasi sebuah galvanometer balistik dengan cara induktansi bersama
Substitusi persamaan (3-4) ke dalam persamaan (3-3) menghasilkan nilai kepekaan galvanometer yaitu :
R
MI
K 2 (3-5)
Sekali dikalibrasi, galvanometer balistik dapat digunakan untuk mengukur fluksi yang dihasilkan oleh perubahan magnet-magnet permanen. Metoda ini ditunjukkan pada Gambar 3-8.
Gambar 3-8 Pengukuran fluksi dengan galvanometer balistik
Sebuah kumparan pencari (searah coil) yang mengelilingi magnet permanen yang akan ditentukan fluksinya, dihubungkan secara seri (berderet) dengan galvanometer balistik dan sebuah tahanan variabel. Tahanan variabel umumnya disetel (diatur) agar menghasilkan redaman kritis bagi galvanometer. Jika magnet persamaan dicabut (dilepas) dengan cepat dari kumparan pencari, suatu impuls arus akan dihasilkan dan galvanometer menyimpang. Kuantitas muatan melalui galvanometer balistik berbanding langsung dengan fluksi total (P dari magnet permanen dan jumlah gulungan (lilitan) kumparan pencari (N), dan berbanding terbalik dengan tahanan rangkaian total R, sehingga diperoleh
) ( coulumb R N Q (3-6)
42 ) ( radian KR N K Q (3-7)
Dengan menyusun kembah persamaan (3-7) untuk Q diperoleh
) ( weber N
KR
(3-8)
Perlu ditekankan bahwa faktor kepekaan K harus dievaluasi (dinilai) terhadap, tahanan rangkaian yang digunakan dalam setiap pengukuran.
3-5-2 Standar fluksi magnet
Metoda pengukuran yang telah dijelaskan pada Gambar 3-8 digunakan untuk mengukur fluksi standar yang dihasilkan oleh variasi magnet permanen. Kemudian magnetmagnet permanen ini dipelihara sebagai standar-standar fluksi magnet (maknetic flux standards).
Sering sangat menguntungkan memiliki sebuah sumber fluksi standar yang tidak bergantung pada arus eksitasi dari luar. Standar magnet Hibbert (Gambar 3-9) adalah contoh peralatan seperti ini. Sebuah magnet permanen dibungkus di dalam sebuah bejana yang terbuat dari besi lunak yang mempunyai senjang udara berbentuk lingkaran yang sempit.
Gambar 3-9 Dasar konstruksi dari standar magnet Hibbert
Sebuah silinder kuningan digantungkan di dalam senjang udara tersebut dan pada Silinder ini dililitkan sebuah gulungan terisolasi yang terbuat dari bahan penghantar, misalnya tembaga. Dengan melepas sebuah pemegang, silinder kuningan dan perlengkapan gulungan akan jatuh melalui fluksi di dalam senjang udara. Arus listrik Yang dihasilkan yakni yang diindusir di dalam gulungan kawat sebanding dengan laju pada mana fluksi magnet dipotong oleh gulungan yang jatuh tersebut. Karena medan gravitasi setempat adalah satu-satunya gaya yang bekerja terhadap gulungan, maka laju pada mana fluksi terpotong adalah konstan. Dengan demikian berarti bahwa arus induksi berbanding langsung dengan fluksi di dalam senjang udara. Standar Hibbert merupakan standar sekunder dan harus dikalibrasi terhadap metoda induktansi bersama yang lehili dibicarakan sebelumnya.
43 3-6 STANDAR TEMPERATUR DAN INTENSITAS PENERANGAN
Temperatur termodinamika adalah salah satu besaran dasar S1 dan satuannya adalah derajat Kelvin (Bab 2-2). Skala termodinamika Kelvin dikenal sebagai skala dasar (fundamental scale) kepada mana semua temperatur akan diacu. Temperatur pada skala ini dinyatakan sebagai °K dan dengan simbol T. Besar daripada derajat Kelvin telah ditetapkan dengan mendefinisikan temperatur termodinamika dari titik tripel air pada temperatur tepat sebesar 273,16°K. Titik tripel air adalah temperatur keseimbangan antara es, air dan uap air.
Karena pengukuran temperatur pada skala termodinamika adalah sukar, Konferensi umum ke 11 mengenai Berat dan Ukuran dalam tahun 1927 menyetujui sebuah skala Praktis yang telah dimodifikasi beberapa kali dan sekarang disebut skala praktis internasional untuk temperatur (IPST - International Practical Scale of Temperature). Temperatur-temperatur pada skala ini dikenal sebagai derajat Celcius (°C) yang diberi simbol t. Skala Celcius mempunyai dua temperatur dasar yang tetap yaitu titik didih air yang tetap yang besarnya 100oC dan titik I ripel air yang besarnya 0,01°C, keduanya ditetapkan pada tekanan atmosfer. Sejumlah temperatur primer yang nilainya tertertu telah ditetapkan di atas dan di bawah kedua temperatur dasar tersebut. Temperatur-temperatur tersebut adalah titik didih oksigen (-182,97°C), titik didih belerang (444,6°C), titik beku perak (960,8°C), dan titik beku emas (1063°C). Nilai-nilai numerik dari semua temperatur-temperatur ini adalah besaran-besaran (kuantitas) yang dapat direproduksi pada tekanan atmosfer. Pengubahan (konversi) antara skala. Kelvin dan Celsius dinyatakan oleh hubungan :
t(°C) = T(OK) — To (3-9) di mana To = 273.15 derajat.
Termometer standar primer adalah sebuah termometer tahanan platina dengan konstruksi yang khusus sedemikian sehingga kawat platina tidak terpengaruh oleh regangan. Nilai-nilai yang diinterpolasi antara temperatur dasar yang nilainya tetap dan temperatur primer yang nilainya tetap pada skala ditentukan oleh rumus-rumus yang didasarkan pada sifat-sifat tahanan kawat platina tersebut.
Standar primer untuk intensitas penerangan (standard of luminous intensity) adalah sebuah radiator sempurna (radiator benda hitam atau Planck) pada temperatur pembekuan platina (kira-kira 2042°K). Kemudian lilin (kandela) didefinisikan sebagai 1/60 intensitas penerangan setiap cm2 radiator sempurna. Standar sekunder untuk intensitas penerangan adalah lampu-lampu khusus yang filamennya terbuat dari Wolfram yang beroperasi pada temperatur yang menyebabkan distribusi days spektral di dalam daerah yang dapat dilihat (visibel) sepadan dengan standar dasar. Standar-standar sekunder ini dikalibrasi kembali terhadap standar dasar secara berkala. PUSTAKA
1. Kaye, G.W.C., dan T.H. Laby, Tables of Physical and Chemical Constants, edisi ke 13. London : Longmanns, Green and Co., Ltd., 1966.
2. Philco Technological Center, Electronic Precision Measurement Techniques and Experiments, Englewood Cliffs, N.J. : Prentice-Hall, Inc., 1964.
44 N.J. : Prentice-Hall, Inc., 1960.
45 SOAL-SOAL
1. Jelaskan secara singkat perbedaan-perbedaan antara standar primer dan standar se-kunder dalam hal ketelitian dan pemakaian.
2. Apa yang dimaksud dengan "Skala waktu atom"? Bagaimana hubungan skala waktu ini terhadap UT2? .
3. Stasiun-stasiun radio NBS, WWV, dan WWVB memancarkan sinyal-sinyal waktu standar yang dapat digunakan untuk mengalibrasi perlengkapan laboratorium seper-ti jam dan alat-pencacah (counter). Secara singkat jelaskan jenis pelayanan yang ditawarkan oleh stasiun-stasiun radio tersebut dan tunjukkan bagaimana sinyal yang ditransmisikan dapat ditelusur kembali ke standar waktu primer.
4. Sebutkan beberapa tindakan pencegahan yang harus diambil sewaktu menggunakan sebuah sel standar Weston.
5. Beberpa ggl (gaya gerak listrik) sebuah sel Weston normal pada 20°C dan berapa banyak berubah bila digunakan pada 0°C?
6. Anda diminta untuk menentukan tahanan dalam sebuah sel Weston yang tidak satu-rsasi. Jelaskan suatu metoda yang akan memberikan jawaban yang benar.
7. Anda mencurigai bahwa gaya gerak listrik (ggl) salah satu sel standar di dalam labo-nflommi kalibrasi mungkin memberikan kesalahan dalam jumlah yang cukup besar. Anda ingin memeriksa hal ini tetapi menyadari bahwa sebuah voltmeter biasa akan mengaikkan terlalu banyak arus dan kemungkinan besar akan merusak sel. Rangkaian Vann bagaimana yang ands pikirkan untuk melakukan pengukuran ini?
8. Sebuah generator koda waktu (time code generator) berisi sebuah osilator presisi Yang hams diperiksa setiap hari terhadap transmisi frekuensi standar dari stasiun WWV. Dengan pertolongan sebuah diagram balok, jelaskan bagaimana hal ini dapat dilakukan
9. Jelaskan secara singkat konstruksi standar peimer untuk ohm absolut dan henry absolut
4. INSTRUMEN PENUNJUK ARUS SEARAH (DC) 4-1 GALVANOMETER SUSPENSI
Pengukuran pengukuran arus searah sebelumnya menggunakan galvanometer dengan sistem. gantungan (suspension galvanometer). Instrumen ini mempakan pelopor instrumen kumparan putar, dasar bagi kebanyakan alat-alat penunjuk arus searah yang dipakai secara umum. Gambar 4-1 menunjukkan