BAROMETER AIR RAKSA TIPE KEW PATTERN
Barometer air raksa tipe Kew Pattern adalah sebuah alat meteorology konvensional yang digunakan untuk mengukur tekanan udara. Secara garis besar barometer
ini terdiri dari sebuah tabung dengan ujung atas tertutup dan sebuah
bejana yang berisi air raksa, sehingga air raksa masuk ke dalam tabung
tersebut dengan ketinggian tertentu. Ruangan diatas air raksa dalam
tabung dianggap kosong atau hampa udara. Alat ini memanfaatkan sifat
anomali air raksa dalam tabung hampa. Pada dasarnya pengukuran tekanan udara dengan barometer
ini ialah membandingkan perbedaan tinggi air raksa dalam tabung dan
didalam bejana. Air raksa dalam bejana berhubungan langsung dengan udara
luar melalui sebuah lubang kecil, maka udara luar akan menekan air
raksa di dalam bejana sehingga mendorong air raksa didalam tabung
bergerak ke atas di dalam barometer.
1. Pendahuluan
Ketika seorang observer
melakukan sebuah pengamatan udara permukaan atau synop, dia akan
mengamati berbagai macam parameter cuaca seperti suhu, angin, penguapan,
kelembaban, awan, curah hujan, visibility, penyinaran matahari, dan
tekanan udara. Yang akan kita bahas kali ini adalah alat yang digunakan
untuk mengukur salah satu dari unsur cuaca tersebut yaitu tekanan udara.
Bukti adanya tekanan udara yaitu kita dapat berdiri dengan tegak
dipermukaan bumi, ini menunjukkan dari atas maupun bawah kepala kita ada
tekanan udara.
Tekanan udara pada suatu
permukaan didefinisikan sebagai gaya atau berat yang diberikan oleh
sekolom udara diatas suatu permukaan atau area kepada suatu permukaan
atau area tersebut. Tekanan yang diberikan tersebut sebanding dengan
massa udara secara vertikal diatas permukaan tersebut sampai pada batas
lapisan
atmosfer terluar. Sehingga tekanan udara selalu berkurang dengan bertambahnya ketinggian. Tekanan udara
juga dapat didefinisikan sebagai akibat benturan antar molekul-molekul
udara dan atom-atom gas di udara sehingga menimbulkan gaya per satuan
luas udara tersebut. Mengingat gerak molekul-molekul dan atom-atom gas
setelah benturan akan ke segala arah, maka gaya yang terjadi juga ke
segala arah. Akibatnya arah tekanan udara dapat terjadi ke segala arah
pula.
Alat yang digunakan untuk mengukur tekanan udara ada bermacam-macam seperti barometer
air raksa tipe fortin, barometer air raksa tipe kew pattern, barometer
aneroid, aneroid barograph, banjo barometer dan bourdon tube barograph. Namun alat yang akan dibahas kali ini hanya barometer air raksa tipe kew pattern.
Alat ini sangat bagus untuk dibahas karena alat ini digunakan hampir di
seluruh stasiun meteorologi dan stasiun klimatologi yang ada di
Indonesia. Alasannya karena sifat barometer tersebut lebih praktis untuk digunakan karena air raksa yang ada di dalam barometer tersebut
sudah diatur sedemikian rupa sehingga kita tidak perlu mengatur air
raksa terlebih dahulu seperti yang kita lakukan pada barometer tipe fortin sebelum digunakan.
Jadi dengan membahas alat ini,
diharapkan akan menambah wawasan yang dapat mendukung untuk melakukan
praktek pengamatan tekanan udara dengan menggunakan barometer air raksa,
sehingga dapat memperkecil resiko kesalahan atau kelalaian yang biasa
terjadi ketika kita mengamati atau membaca tekanan udara dengan
menggunakan barometer air raksa.
2. Teori Dasar
Pada tahun 1643, Toricelli
mendapatkan bahwa jika tabung dengan panjang satu meter diisi dengan
air raksa, sedangkan ujung tabung yang satu tertutup dan ujung yang
lainnya terbuka, kemudian ujung yang terbuka ditutup dengan jari, lalu
tabung dibalik serta dicelupkan ke dalam bejana terbuka yang juga berisi
air raksa. Maka setelah jari dilepaskan sebagian air raksa yang berada
di dalam tabung akan keluar dan masuk ke dalam bejana tersebut, sampai
tinggi air raksa dalam tabung kurang lebih 76 cm dengan meninggalkan
ruang hampa diatasnya.
Dari percobaan tersebut
menunjukkan bahwa tekanan udara pada permukaan air raksa dalam bejana
terbuka adalah seimbang atau sama dengan berat kolam air raksa dalam
tabung. Pernyataan tersebut dapat digambarkan dengan gambar:
Dengan demikian didapat bahwa tekanan udara yaitu sama dengan berat air raksa tersebut. Inilah dasar pokok yang digunakan barometer air raksa untuk mengukur tekanan udara.
Seperti yang telah disebutkan
sebelumnya bahwa tekanan udara dipermukaan bumi adalah gaya per satuan
luas berdasarkan berat atau beban dari atmosfer diatasnya. Dengan kata
lain tekanan udara adalah sepadan dengan berat atau beban dari sekolom
udara di atas suatu proyeksi permukaan horizontal, membentang hingga
batas terluar dari atmosfer, sehingga tekanan udara dapat dinyatakan
dengan persamaan :
P = tekanan udara
m = massa udara
g = koefisien gravitasi
A = luas permukaan yang mendapat tekanan
Basic dari satuan ukur tekanan
atmosfer adalah Pascal (Newton per meter2). Namun dalam bidang
meteorologi lebih dikenal satuan bar, yang kira-kira sama dengan tekanan
udara didekat permukaan bumi. Karena perubahan tekanan udara
sehari-hari umumnya sangat kecil, maka tekanan udara dinyatakan dalam
satuan yang lebih kecil, yang sekiranya sesuai dengan perubahan yang
kecil tersebut, yaitu dalam satuan milibar dan disingkat mb, dimana 1
bar = 1000 mb, sedangkan milibar (mb) nilainya setara dengan hectopascal
(hPa), 1 mb = 1 hPa.
Sehubungan dengan hal tersebut,
maka skala-skala dalam alat ukur tekanan udara dibuat dalam satuan
milibar. Namun demikian ada beberapa barometer yang dibuat dengan
menggunakan skala dalam satuan milimeter atau inchi, dimana sebenarnya
satuan milimeter dan satuan inchi merupakan satuan ukuran panjang atau
tinggi . Hal tersebut mengandung pengertian bahwa yang dimaksud panjang
atau tinggi disitu adalah tekanan udara yang sebanding dengan tekanan
air raksa pada suatu permukaan yang diakibatkan oleh berat air raksa
diatasnya per satuan luas, yang setinggi nilai yang dinyatakan dalam
satuan milimeter atau satuan inchi. Oleh karena itu dalam menyatakan
besarnya tekanan udara dengan menggunakan skala dalam satuan milimeter
atau inchi, masing-masing harus disebutkan “milimeter air raksa (mmHg)”
atau “inchi air raksa (inchHg)”.
Bagian-bagian barometer seperti yang terlihat pada gambar di samping yaitu terdiri dari :
a) Vernier : berfungsi untuk mencari tinggi minicus air raksa.
b) Skala barometer : berfungsi untuk membaca tekanan udara pada saat itu.
c) Sekrup pengatur vernier : berfungsi untuk menggerakkan vernier naik turun agar minicus sejajar dengan air raksa.
d)
Termometer tempel : berfungsi untuk mengetahui suhu ruangan sebelum
kita membaca tekanan udara pada baorometer. Termometer ini harus dibaca
terlebih dahulu untuk menentukan koreksi pada hasil tekanan yang dibaca.
e)
Lubang udara atau ventilasi : berfungsi untuk memasukkan udara luar ke
dalam barometer air raksa, sehingga barometer dapat membaca tekanan
udara disekitarnya.
f) Bejana air
raksa : berfungsi untuk menampung air raksa. Bejana tersebut terbuat
dari besi dengan sebuah piringan berlubang tiga untuk mengurangi
guncangan sewaktu alat dibawa.
g) Sekrup operasional : berfungsi untuk mencegah air raksa agar tidak tumpah dan agar tidak berkurang volumenya.
Pengukuran tekanan udara harus
tetap akurat seiring perkembangan teknologi dan harus selalu dilakukan
prosedur pengukuran dan kalibrasi yang ditetapkan. Berdasarkan WMO
Commissions and is outlined in Annex 1.B, Chapter 1, untuk alat ukur
tekanan udara – primary reference memiliki persyaratan sebagai berikut:
a) Range pengukuran : 500 – 1080 hPa ( station pressure & MSL pressure )
b) Akurasi target : 0,1 hPa
c) Resolusi pelaporan : 0,1 hPa
d) Waktu agar sensor konstan : 20 detik
e) Hasil akhir rata-rata : 1 menit
3. Cara Penggunaan
Tinggi rendahnya kolom air raksa diatas induk barometer air raksa tergantung oleh beberapa faktor, diantaranya:
a) faktor suhu
b) faktor gravitasi
c) faktor tinggi tempat
maka untuk memperoleh data hasil
pengamatan tekanan udara yang dapat diperbandingkan antara tempat yang
satu dengan tempat yang lainnya, perlu ditentukan suatu keadaan yang
disebut sebagai keadaan standard. Keadaan standard yang dimaksud adalah
meliputi:
a) Keadaan suhu standard, ialah keadaan pada suhu 00C, dimana kerapatan air raksa pada suhu 00C adalah 13595,1 kg/m3.
b) Keadaan gravitasi standard, ialah gravitasi pada lintang 450, dimana sesuai dengan convensi adalah 9,80665 m/s2.
c)
Keadaan tinggi standard, ialah tinggi pada rata-rata tinggi air laut
atau mean sea level yang biasa disingkat (m.s.l). Berdasarkan
ketentuan-ketentuan tersebut, maka diperlukan suatu koreksi, yaitu:
a) Koreksi suhu
Koreksi ini perlu diadakan karena :
i. Adanya perbedaan pemuaian antara air raksa dengan skala-skala barometer terhadap perubahan keadaan suhu.
ii. Adanya perbedaan pemuaian antara air raksa dan induk barometer pada barometer tipe kew pattern.
Sehubungan
dengan hal tersebut, setiap pengamatan atau pembacaan tekanan udara
dengan menggunakan barometer air raksa harus dikoreksi terhadap suhu
yang diperoleh jika barometer tidak berada pada keadaan suhu standard
yaitu suhu 0oC. Untuk keperluan koreksi suhu ini maka pada setiap
barometer air raksa tertempel sebuah termometer yang menunjukkan
temperatur air raksa pada saat pengamatan, yang disebut sebagai
termometer tempel.
b) Koreksi gravitasi
Koreksi ini perlu diadakan
karena harga gravitasi pada tempat-tempat yang berlainan tidak selalu
sama, maka pengaruhnya terhadap hasil pengamatan barometer juga
berbeda-beda. Sehingga sesuai dengan tujuan diadakannya koreksi-koreksi
tersebut, semua hasil dari pengamatan tekanan udara dengan menggunakan
barometer air raksa harus dikoreksi terhadap suatu harga yang diperoleh
bilamana barometer tersebut berada dalam keadaan gravitasi standard
yaitu 9,80665 m/s2 yang merupakan harga yang diperoleh pada lintang 45o
diatas permukaan laut (m.s.l).
c) Koreksi tinggi
Koreksi ini merupakan suatu
penjabaran yang dilakukan, apabila dikehendaki untuk mendapatkan hasil
pengamatan tekanan udara pada suatu permukaan tertentu, yang elevasinya
berbeda dengan elevasi induk barometer. Misalnya untuk mendapatkan
tekanan udara pada permukaan lapangan terbang atau stasiun meteorologi
di lapangan terbang, dimana elevasi induk barometer berbeda dengan
elevasi lapangan terbang atau stasiun, atau untuk mendapatkan tekanan
udara permukaan laut dimana elevasi induk barometer tidak terletak
setinggi permukaan laut.
Agar harga tekanan udara yang
didapat dari beberapa tempat stasiun yang terletak pada elevasi yang
berbeda dapat diperbandingkan, maka hasil pengamatan tekanan udara
tersebut perlu dijabarkan ke suatu ketinggian dengan elevasi yang sama
yaitu ketinggian standard yang telah ditentukan yaitu ketinggian
rata-rata permukaan laut atau mean sea level. Harga tekanan yang didapat
dari penjabaran ini disebut tekanan permukaan laut.
d) Koreksi indek
Koreksi ini diperlukan karena adanya kesalahan-kesalahan yang dapat terjadi pada alat barometer itu sendiri yang meliputi :
i. Kesalahan pembagian skala.Dalam praktek sangat sulit untuk membagi dan membuat skala-skala secara sempurna. Terhadap kesalahan-kesalahan ini perlu adanya koreksi tertentu yang sudah dilakukan dari pabrik pembuat barometer tersebut.ii. Kesalahan tekanan kapiler.Kesalahan ini dapat terjadi karena permukaan air raksa dalam tabung gelas kapiler tidak membasahi dinding tabung gelas, sehingga bentuk puncak air raksa yang disebut sebagai minicus berbentuk cembung. Keadaan ini disebabkan karena kohesi antar molekul-molekul air raksa lebih besar daripada adhesi antara molekul air raksa dengan molekul gelas, sehingga permukaan minicus pada dinding gelas akan tertekan ke bawah. Keadaan ini dapat menghasilkan pembacaan barometer yang sedikit lebih rendah dari pada yang seharusnya.iii. Kesalahan ruang hampa.Kesalahan kecil yang mungkin terjadi dari kemungkinan adanya sisa udara didalam tabung hampa diatas minicus air raksa.iv. Kesalahan pembiasan sinar.Kesalahan ini dapat terjadi dari adanya kemungkinan pembiasan cahaya pada saat menembus dinding gelas pipa barometer. Dengan adanya kesalahankesalahan tersebut, maka pembacaan barometer air raksa harus dikoreksi dengan suatu koreksi yang disebut dengan koreksi indeks. Pada barometer yang baik, kesalahan-kesalahan yang timbul karena hal-hal tersebut diatas harus kurang dari 0,1 mb. Setiap barometer mempunyai koreksi indeks tersendiri, yang dibuat oleh laboratorium pabrik dengan membandingkan tiap-tiap barometer yang diproduksi dengan barometer standard.
Jika barometer air raksa yang
digunakan dipasang pada suatu tempat yang tetap, misalnya barometer air
raksa pada suatu stasiun meteorologi didarat yang umumnya dipasang pada
suatu tempat yang tetap. Biasanya dari beberapa koreksi tersebut diatas,
dijadikan suatu tabel yang terdiri dari dua macam koreksi yaitu :
a) Tabel koreksi QFE untuk mencari tekanan udara permukaan stasiun atau lapangan terbang.
b) Tabel QFF untuk mencari tekanan udara permukaan laut.
Cara pembacaan pada barometer air raksa tipe kew pattern adalah sebagai berikut :
a) Baca suhu pada thermometer
tempel, pembacaan ini harus dilakukan dengan secepat mungkin untuk
menghindari naiknya suhu termometer akibat pengaruh dari suhu tubuh si
pengamat.
b) Ketuk barometer secara perlahan-lahan dengan ujung jari dua atau tiga kali, agar letak air raksa dalam pipa menjadi mantap.
c) Usahakan agar permukaan putih
dibelakang tabung yang akan dibaca Nampak terang. Jika keadaan ruangan
tidak cukup terang, maka harus dinyalakan lampu penerangan yang
disediakan untuk itu atau dengan menggunakan senter dan segera matikan
setelah pembacaan selesai dilakukan.
d) Atur letak vernier sedemikian
rupa sehingga bagian dasar vernier didepan dan belakang tepat segaris
dengan puncak minicus. Jika penyetelan vernier ini tepat, maka cahaya
terang hanya tampak dikanan kiri minicus dan tidak tampak celah-celah
cahaya pada puncak dari minicus.
e) Baca skala yang ditunjukkan
oleh vernier. Pertama-tama baca skala yang berada tepat di bawah dasar
vernier. Pada beberapa barometer biasanya angka satuan nol dihapuskan
jadi angka 101 berarti 1010 mb dan seterusnya.
f) Kemudian dicari skala vernier
yang berimpit dengan skala barometer. Misalnya yang berimpit adalah
skala 7, maka pembacaan barometer adalah 1010 + 0,7 = 1010,7 mb.
g) Dan yang terakhir harus
dilakukan adalah mengadakan koreksi dari hasil pembacaan tersebut dengan
melihat table yang telah dibuat berdasarkan koreksi-koreksi yang telah
disebutkan sebelumnya.
4. Instalansi, kalibrasi, dan perawatan
Dalam menentukan tempat serta
penempatan barometer, harus dipilih dan dilakukan dengan sangat teliti
dan hati-hati. Ruangan dimana barometer akan ditempatkan harus memenuhi
syarat-syarat pokok, yaitu:
a) Ditempatkan pada ruangan yang mempunyai suhu tetap (Homogen)
b) penerangan harus cukup baik untuk menghindarkan kesalahan membaca skala.
c) Barometer harus tergantung vertikal pada tempat yang kuat.
d) Terlindung dari kemungkinan-kemungkinan adanya gerakan-gerakan kasar.
e) Tidak boleh terkena sinar matahari langsung
f) Tidak boleh terkena angin langsung
g) Tidak boleh dekat lalu-lalang orang
h) Penerangan jangan terlalu besar, maximum 25 watts.
Petunjuk cara pemasangan barometer yaitu sebagai berikut :
a) Keluarkan barometer dari kotak transportnya, posisi barometer dalam keadaan terbalik.
b) Ganti sekrup transport, dengan sekrup operasional yang tersedia.
c)
Rubahlah posisi barometer yang terbalik tersebut secara perlahan-lahan,
dengan cara memegang ujung tabung barometer dan bejana air raksanya.
Selanjutnya gantungkan pada tempat gantungan yang telah tersedia.
Usahakan setelah digantung tinggi bejana air raksa terhadap lantai
kira-kira 3 feet.
d) Setelah
barometer tergantung vertikal, kendurkan sekrup kecil yang terdapat pada
permukaan bejana air raksa yang merupakan lubang ventilasi agar udara
luar dapat masuk. Perhatikan sekrup jangan sampai terlepas.
e)
Tunggu beberapa saat, sampai air raksa dalam tabung barometer turun.
Apabila air raksa tidak bisa turun, maka ketuk bejana barometer secara
perlahan dengan gagang obeng, sehinggan air raksanya menjadi turun.
f)
Setelah air raksa turun, diamkan terlebih dahulu selama 24 jam, baru
barometer air raksa dapat dioperasikan. Ketika kita akan membawa
barometer air raksa ke suatu tempat, hal-hal yang harus diperhatikan
antara lain yaitu :
a) Barometer diletakkan dalam
kotak alat dengan posisi terbalik, sekrup yang terpasang pada bejana
barometer adalah sekrup transport.
b)
Pada saat membawa kotak alat (barometer) posisinya harus senantiasa
tegak sepanjang perjalanan, sesuai petunjuk tanda panah yang ada.
c) Kotak alat ( barometer ) harus senantiasa dipegang, tidak boleh dimasukkan ke dalam bagasi.
d) Di dalam pesawat terbangn usahakan memilih tempat duduk ditepi jendela, agar kotak alat dapat disandarkan.
e)
Sewaktu dilakukan pemeriksaan oleh petugas di bandara, barometer jangan
direbahkan, cukup diberikan penjelasan ( alat meteorologi ) dan
tunjukkan surat
pengantar dari
BMG. Apabila diperlukan untuk dilihat, buka kotak alat dalam posisi
tegak. Masalah yang biasa dialami oleh barometer dan cara mengatasinya
adalah sebagai berikut :
a) Setiap 4 atau 5 tahun sekali barometer harus ditera kembali untuk menentukan perubahan koreksi indeks.b) Kerusakan barometer yang paling mudah terjadi adalah masuknya udara ditabung atas. Ini kemungkinan terjadi karena dari transport yang kurang hati-hati atau waktu membalik barometer terlalu kasar. Cara mengatasinya barometer dibalik pelan-pelan, diletakkan tegak lurus, lalu udara dipancing dengan kawat baja kecil agar dapat dikeluarkan. Tetapi dengan cara ini kemungkinan keberhasilannya sangat kecil, jadi lebih baikdiganti dengan barometer yang baru.c) Untuk mengetahui bahwa barometer itu masih baik atau tidak, caranya barometer dimiringkan pelan-pelan sehingga ujung air raksa dalam tabung mengalir dan menyentuh ujung tabung gelas. Jika tabung berbunyi nyaring, berarti tabung bagian atas masih hampa atau barometer masih baik. Kalau bunyinya kurang nyaring berarti barometer kurang baik, karena sudah kemasukkan udara.d) Kadang pada tabung air raksa sebelah atas yang hampa udara, sering terdapat bintik-bintik air raksa, sehingga mengurangi pembacaan barometer. Cara mengatasinya yaitu barometer dimiringkan pelan-pelan sehingga bintik-bintik air raksa akan terbawa oleh ujung air raksa dalam tabung. Lakukan berulang-ulang sampai bintik-bintik air raksa bersih.e) Barometer dianggap kurang baik apabila permukaan air raksa dalam tabung rata, hal ini disebabkan karena terdapat tekanan udara di ruang yang seharusnya hampa udara di atas air raksa. Kalau sudah seperti ini barometer harus cepat diganti. Untuk mengkalibrasi barometer air raksa ini digunakan suatu alat yaitu kalibrator barometer. Alat ini sebenarnya adalah Vacuum Chamber, yaitu sebuah tabung tertutup dengan tingkat hampa udara yang dapat diatur ( udara didalam tabung dikeluarkan secara perlahan dengan pompa penghisap udara ).
5. Kesimpulan
Barometer air raksa tipe Kew
Pattern adalah sebuah alat meteorology konvensional yang digunakan untuk
mengukur tekanan udara. Alat ini memanfaatkan sifat anomali air raksa
dalam tabung hampa. Pada dasarnya pengukuran tekanan udara dengan
barometer ini ialah membandingkan perbedaan tinggi air raksa dalam
tabung dan didalam bejana. Air raksa dalam bejana berhubungan langsung
dengan udara luar melalui sebuah lubang kecil, maka udara luar akan
menekan air raksa di dalam bejana sehingga mendorong air raksa didalam
tabung bergerak ke atas.
Data yang didapat dengan
menggunakan barometer ini harus dikoreksi terlebih dahulu dengan
beberapa koreksi yang telah disusun menjadi dua tabel yaitu tabel
koreksi QFF untuk mencari tekanan udara di permukaan stasiun dan tabel
koreksi QFE untuk mencari tekanan udara di permukaan laut.
Kelebihan barometer air raksa tipe kew pattern yaitu :
a) Praktis digunakan di tempat yang tetap karena tidak perlu menyetel terlebih dahulu jika ingin melakukan pengamatan.
b) Data yang dihasilkan dengan barometer ini lebih teliti dibandingkan dengan barometer aneroid atau barograf.
c) Lebih tahan lama dibandingkan alat pengukur tekanan udara yang lain selama ruang diatas air raksa tetap hampa.
Kelemahan barometer air raksa tipe kew pattern yaitu :
a) Peluang terjadinya kesalahan paralak sangat besar.
b) Tidak dapat mengetahui kapan terjadinya tekanan udara maksimum dan minimum.
Komentar
Posting Komentar