Besar tekanan gas pada manometer terbuka dapat dihitung melalui persamaan tekanan gas (pgas) dalam wadah sama dengan tekanan udara luar (p0) ditambah selisih tinggi (h) pada pipa manometer. Secara matematis dituliskan pgas = p0 + h yang berlaku pada manometer berisi air raksa. Jika zat cair yang berada pada pipa U manometer bukan air raksa maka permasaan yang berlaku adalah pgas = p0 + ρgh. Di mana ρ adalah massa jenis zat cair dan g adalah percepatan gravitasi bumi (g = 9,8 m/s2 ≈ 10 m/s2).
Tekanan gas (dengan volume sama) pada suatu wadah yang besar berbeda dengan tekanannya pada wadah yang sempit. Besar tekanan gas dapat dikur dengan sebuah alat yang disebut manometer atau barometer. Namun pada pengukuran tekanan gas pada ruang tertutup umumnya menggunakan manometer. Ada dua jenis manometer yaitu manometer terbuka dan manometer tertutup. Cara kerja manometer terbuka sesuai pada kondisi gambar berikut.
Baca Juga: Persamaan Volume Benda Padat yang Tercelup pada Suatu Zat Cair
Bagaimana cara kerja tekanan gas pada manometer terbuka? Bagaimana cara menentukan tekanan gas pada manometer terbuka? Sobat idschool dapat mencari tahu jawabannya melalui ulasan di bawah.
Table of Contents
- Apa Itu Manometer Terbuka?
- Bentuk Manometer Terbuka
- Rumus Tekanan Gas pada Manometer Terbuka
- Contoh Soal dan Pembahasan
Apa Itu Manometer Terbuka?
Sebelumnya, perlu diketahui bahwa manometer adalah alat yang digunakan secara luas pada audit energi untuk mengukur perbedaan tekanan di dua titik yang berlawanan. Di bagian awal disebutkan bahwa ada dua jenis manometer yaitu manometer terbuka dan tertutup.
Manometer terbuka dan tertutup memiliki prinsip kerja yang sama. Perbedaan terletak pada manometer tertutup dengan salah satu ujung dari tabungnya dibuat tertutup. Sedangkan pada manometer terbuka salah satu ujungnya dibiarkan terbuka dan berhubungan dengan udara bebas di atmosfer.
Seiring perkembangan teknologi, diketahui ada manometer Bourdon yang biasanya digunakan untuk mengukur tekanan udara (berupa uap) yang sangat tinggi, seperti uap pada pembangkit listrik tenaga uap (PLTU). Dalam penggunaannya, manometer Bourdon hanya perlu melihat jarum panunjuk besar tekanan gas.
Baca Juga: Pengukuran Tekanan Gas pada Suatu Wadah dengan Manometer Tertutup
Bentuk Manometer Terbuka
Bentuk manometer terbuka berupa pipa tabung U yang diisi dengan zat cair. Cara menggunakannya, salah satu sisi tabung U dihubungkan dengan wadah tertutup berisi gas yang akan dicari tahu besar tekanannya. Sementara sisi pipa U lainnya terhubung dengan udara luar. Gambaran penggunaan manometer terbuka ditunjukkan seperti ilustrasi berikut
Sebuah tabung berbentuk U diisi oleh zat cair dan kedua ujung tabungnya dibiarkan berhubungan dengan udara atau gas yang sama. Awalnya, ketinggian air pada sisi kedua tabung berbentuk U memiliki tinggi yang sama. Selanjutnya, sebuah kotak berisi gas yang berbeda dihubungkan dengan tabung berbentuk pipa U tersebut. Jika ada perbedaan tekanan gas di dalam wadah tertutup dengan tekanan gas di luar maka akan terdapat perbedaan ketinggian pada kedua sisi pipa U.
Mengapa kondisi ini bisa terjadi?
Saat dihubungkan ke sebuah kotak berisi gas memiliki tekanan berbeda, gas dengan tekanan berbeda tersebut akan menekan tabung pada sisi yang dihubungkan dengannya. Hal ini menyebabkan terjadinya perbedaan ketinggian zat cair pada tabung berbentuk U. Selisih ketinggian zat cair merupakan selisih tekanan gas pada manometer terbuka dengan tekanan udara luar.
Manometer raksa terbuka biasanya dipakai untuk mengukur tekanan gas yang besarnya kurang lebih dari 1 atm.
Baca Juga: Hubungan Ketinggan dan Tekanan Udara pada Penggunaan Barometer
Rumus Tekanan Gas pada Manometer Terbuka
Satuan tekanan gas dapat dinyatakan dalam cmHg atau atm di mana 1 atm = 76 cmHg. Selain itu satuan tekanan juga dapat dinyatakan dalam Pa di mana 1 Pa = 1 N/m2 = 1 kg/ms2. Persamaan konversi satuan tekanan gas adalah 1 atm = 76 cmHg = 101.325 Pa.
Secara umum, tekanan gas pada manometer terbuka memenuhi persamaan Pgas = Pudara ± ρgh.
Keterangan:
Tanda positif digunakan saat ketinggian pada pipa U manometer yang terhubung dengan bagian luar lebih tinggi. Tanda negatif digunakan saat ketinggian pada pipa U manometer yang terhubung pada wadah/ruang tertutup lebih tinggi.
Pada pengukuran dengan tekanan gas pada manometer terbuka yang didalamnya menggunakan air raksa dan dalam satuan cmHg maka dapat diperoleh bentuk persamaan yang lebih sederhana yaitu Pgas = Pudara ± h (dalam cm).
Tekanan gas dapat memiliki nilai lebih besar, sama dengan, atau lebih kecil dari tekanan udara/atmosfer. Ketika tekanan udara dalam ruang tertutup sama dengan tekanan tekanan udara di luar maka pipa U pada manometer tidak memiliki perbedaan ketinggan.
Ketika tekanan gas dalam wadah tertutup memiliki tekanan yang lebih besar atau lebih kecil dari tekanan udara di luar maka pipa U pada manometer akan memiliki perbedaan ketinggian. Pengukuran tekanan gas pada manometer terbuka saat gas dalam wadah tertutup lebih besar akan mengakibatkan tinggi raksa pada pipa yang terhubung dengan udara luar akan lebih tinggi. Secara matematis, persamaan tekanan gas akan memeuhi persamaan Pgas = Pudara + h (dalam cm).
Sementara pengukuran tekanan gas pada manometer terbuka saat gas dalam wadah tertutup lebih kecil akan mengakibatkan tinggi raksa pada pipa yang terhubung dengan wadah menjadi lebih tinggi. Secara matematis, persamaan tekanan gas akan memeuhi persamaan Pgas = Pudara ‒ h (dalam cm).
Selain air raksa, zat cair yang juga umum digunakan dalam pipa U manometer adalah air. Ketika zat cair yang digunakan adalah air maka persamaan untuk menentukan tekanan gas manometer terbuka menjadi seperti berikut.
Persamaan di atas digunakan saat zat cair pada pipa U manometer adalah air dan panjang air pada sisi tabung yang terhubung ke wadah tertutup lebih rendah dibanding sisi tabugn yang terhubunga ke udara luar.
Baca Juga: Cara Kerja Elektroskop
Contoh Soal dan Pembahasan
Beberapa contoh soal di bawah dapat sobat idschool gunakan untuk menambah pemahaman bahasan di atas. Setiap contoh soal yang diberikan dilengkapi dengan pembahasan cara menentukan tekanan gas pada manometer terbuka. Sobat idschool dapat menggunankan pembahasan tersebut sebagai tolak ukur keberhasilan mengerjakan soal. Selamat Berlatih!
Contoh 1 – Soal Tekanan Gas pada Manometer Terbuka
Perhatikan gambar manometer raksa terbuka di bawah ini!
Besarnya tekanan gas adalah … cmHg.
A. 69
B. 78
C. 72
D. 81
Pembahasan:
Berdasarkan informasi yang diberikan pada soal diketahui seperti berikut.
- Tekanan udara luar = po = 75 cmHg
- Selisih ketinggian = h = 6 cm
Menghitung tekanan gas:
pgas = po + h
pgas = 75 + 6
pgas = 81 cmHhg
Jadi, besar tekanan gas adalah 81 cmHg.
Jawaban: D
Contoh 2 – Soal Tekanan Gas pada Manometer Terbuka
Sejumlah gas dialirkan pada bejana besi raksa, sehingga raksa mengalami perubahan ketinggian sebesar 25 cm dengan sisi manometer yang terhubung ke atmosfer lebih tinggi. Diketahui massa air raksa 13.600 kg/m3 dan tekanan atmosfer pada ujung manometer terbuka adalah 1,01 × 105 Pa. Besarnya tekanan gas yang dialirkan pada bejana adalah ….
A. 125.000 Pa
B. 135.000 Pa
C. 145.000 Pa
D. 155.000 Pa
Pembahasan:
Berdasarkan informasi yang diberikan pada soal dapat diperoleh keterangan seperti yang terdapat pada gambar berikut.
Menghitung tekanan gas:
pgas = p0 + ρgh
pgas = 1,01×105 + 13.600×10×0,25
pgas = 101.000 + 34.000 = 135.000 Pa
Jadi, besarnya tekanan gas yang dialirkan pada bejana adalah 135.000 Pa,
Jawaban: B
Contoh 3 – Soal Tekanan Gas pada Manometer Terbuka
Sebuah tabung U yang berisi raksa digunakan pada manometer untuk mengukur tekanan gas dalam ruang tertutup.
Ketika keran dibuka pada pipa U terdapat selisih ketinggian seperti yang ditunjukkan pada gambar di atas. Tekanan gas dalam ruang tertutup tersebut adalah ….
A. 71 cmHg
B. 81 cmHg
C. 85 cmHg
D. 90 cmHg
Pembahasan:
Berdasarkan keterangan yang diberikan pada soal dapat diperoleh beberapa informasi besaran nilai seperti berikut.
- Selisih ketinggian raksa dalam dalam kedua kaki maometer: h = 5 cm
- Tekanan atmosfer: p0 = 76 cmHg
Menentukan tekanan gas:
pgas = p0 – 5 cm
pgas = 76 – 5 = 71 cmHg
Jadi, tekanan gas dalam ruang tertutup adalah 71 cmHg.
Jawaban: A
Demikianlah tadi ulasan materi mengenai cara mengukur tekanan gas pada manometer terbuka untuk berbagai kondisi. Terima kasih sudah mengunjungi idschool(dot)net, semoga bermanfaat.
Baca Juga: Rumus Tekanan pada Benda Padat dan Tekanan Hidrostatis
Sangat membantu pembelajaran di materi ini… Barokallah slalu atas kebaikannya…