TERMOMETER BARU - MENGUKUR SUHU DENGAN SUARA


Penemuan termometer umumnya dilakukan oleh matematikawan-fisikawan Italia Galileo Galilei. Dalam instrumennya, yang dibuat sekitar tahun 1592, perubahan suhu bejana kaca terbalik menghasilkan pemuaian atau kontraksi udara di dalamnya, yang pada gilirannya mengubah tingkat cairan yang sebagian diisi dengan leher bejana yang panjang dan bermulut terbuka. Prinsip umum ini disempurnakan di tahun-tahun berikutnya dengan bereksperimen dengan cairan seperti merkuri dan dengan memberikan skala untuk mengukur pemuaian dan kontraksi yang ditimbulkan oleh cairan tersebut dengan naik dan turunnya suhu.

Pada awal abad ke-18 sebanyak 35 skala suhu yang berbeda telah dibuat. Fisikawan Jerman Daniel Gabriel Fahrenheit pada tahun 1700–30 menghasilkan termometer merkuri yang akurat yang dikalibrasi dengan skala standar yang berkisar dari 32°, titik leleh es, hingga 96° untuk suhu tubuh. Satuan suhu (derajat) pada skala suhu Fahrenheit adalah 1/180 dari perbedaan antara titik didih (212°) dan titik beku air. Skala Celcius pertama (terdiri dari 100 derajat) dikaitkan dengan astronom Swedia Anders Celsius, yang mengembangkannya pada tahun 1742. Celsius menggunakan 0° untuk titik didih air dan 100° untuk titik leleh salju. Ini kemudian dibalik menjadi 0 ° pada ujung dingin dan 100 ° pada ujung panas, dan dalam bentuk itu digunakan secara luas. Itu dikenal hanya sebagai skala celcius sampai pada tahun 1948 namanya diubah menjadi skala suhu Celcius. Pada tahun 1848 fisikawan Inggris William Thomson (kemudian menjadi Lord Kelvin) mengusulkan sistem yang menggunakan derajat Celcius tetapi dikunci ke nol mutlak (−273.15 ° C); satuan skala ini sekarang dikenal sebagai kelvin. Skala Rankine (lihat William Rankine) menggunakan derajat Fahrenheit yang dikunci ke nol mutlak (−459.67 ° F).

Namun, bagaimana jika terdapat termometer baru yang tidak lagi mengukur suhu dengan cairan tertentu seperti air raksa, melainkan mengukur suhu dengan menggunakan suara ?

Benda panas tidak hanya bersinar, tapi juga bersenandung lembut. Dengungan dihasilkan oleh getaran cepat partikel yang membentuk benda panas. Jika telinga manusia cukup tajam untuk mendengar suara ini, "akan terdengar seperti radio statis", kata Tom Purdy dari University of Pittsburgh. “Semakin panas sebuah objek didapat, semakin keras suaranya.”

Purdy, bersama dengan Robinjeet Singh dari University of Maryland di College Park, menciptakan termometer akustik yang merasakan intensitas suara yang dihasilkan panas yang berasal dari benda-benda di dekatnya. Jantung perangkat adalah lembaran silikon nitrida satu milimeter persegi. Lembaran itu digantung di dalam potongan jendela di tengah chip silikon, yang memancarkan gelombang suara lebih baik daripada udara.

Dalam eksperimen, fisikawan mengendapkan gumpalan bahan epoksi pada permukaan chip di sekitar lembaran silikon nitrida. Saat dipanaskan dengan laser, setiap gumpalan epoksi mengeluarkan gelombang suara yang berdesir melalui chip ke lembaran, menyebabkan lembaran bergetar. Semakin panas gumpalan epoksi, semakin kuat gelombang suaranya, dan semakin kuat getaran silikon nitrida. Memantulkan sinar laser dari lembaran dan mengukur sudut pantulan sinar memungkinkan para peneliti untuk melacak gerakan lembaran.

Purdy membayangkan termometer bermodel baru ini suatu hari nanti dapat digunakan dalam perangkat komputasi kuantum, yang harus beroperasi pada suhu yang sangat rendah.Termometer bekerja dengan prinsip bahwa kecepatan suara berubah sesuai suhu, bergerak lebih cepat melalui udara yang lebih hangat. Instrumen semacam itu berpotensi menggantikan termometer tradisional di lingkungan di mana suhu ekstrem menyebabkan hilangnya keakuratan.

Michael de Podesta dari NPL, yang memimpin penelitian Acoustic Thermometry, mengatakan, dalam sebuah wawancara dengan majalah The Engineer: "Penggunaan potensial mencakup lingkungan yang tidak bersahabat misalnya di dalam tungku di atas 1.000 ° C."

"Termometer kontak apa pun yang digunakan dalam lingkungan ini akan terdegradasi segera setelah digunakan dan biasanya ditempatkan di lingkungan di dalam tabung pelindung. Termometer akustik praktis hanya terdiri dari tabung itu sendiri."

Termometer akustik bekerja dengan mentransmisikan gelombang suara di sepanjang tabung berisi gas dari speaker di satu ujung ke mikrofon di ujung lainnya. Dengan mengukur jumlah waktu yang dibutuhkan gelombang suara untuk bergerak di sepanjang tabung, suhu dapat dihitung.

"Prinsipnya sangat sederhana tetapi penerapannya cukup rumit," kata Dr Rob Simpson dari tim Pengukuran Teknik. "Bagian yang sulit adalah mencari cara bagaimana menghasilkan suara dan kemudian bagaimana cara mendengarkannya."

Termometri akustik menawarkan alternatif yang murah dan kuat untuk instrumen saat ini, dan berpotensi mengurangi kebutuhan peralatan untuk diganti dan dikalibrasi, memberikan penghematan biaya dan efisiensi bagi industri.



Sumber




R. Singh and T.P. Purdy. Detecting acoustic blackbody radiation with an optomechanical antenna. Physical Review Letters. Vol. 125, September 18, 2020. doi: 10.1103/PhysRevLett.125.120603.
Lebih baru Lebih lama