Sejarah Perkembangan Standar Pengukuran Internasional

Alat-alat Ukur Sejarah Perkembangan “Standar Satuan Internasional” Ummi Qalsum_____________091204174_____________ICP Of Physics’09 SISTEM SATUAN INTERNASIONAL

Ilmu Fisika adalah ilmu pengetahuan alam yang berorientasikan pada pengukuran secara kuantitatif dan observasi. Hukum fisika yang dinyatakan sebagai hubungan matematis antara jumlah fisik. Lord Kelvin (Willian Thomson) mengatakan bahwa “Bila Anda bisa mengukur apa yang Anda amati, dan mengekspresikannya dalam angka. Anda harus tahu tentang sesuatu hal itu, tetapi ketika Anda tidak dapat mengungkapkannya dalam angka, maka pengetahuan Anda adalah sedikit dan tidak memuaskan.” Berbicara tentang sejarah sistem satuan internasional, pasti akan berbicara tentang satuan-satuan pengukuran yang digunakan oleh beberpa Negara yang ada di dunia. Awal mula diberlakukannya sistem satuan internasional adalah pada tahun 1790. Dimana pemerintah Perancis menyampaikan pengarahan kepada Akademi Ilmu pengetahuan Perancis untuk menggantikan semua system yang telah ada. Pada mulanya satuan-satuan pengukuran hanya dinyatakan dengan perasaan atau organ tubuh manusia, misalnya depah atau langkah kaki untuk alat atau satuan pengukuran panjang. Sebagai dasar pertama, para ilmuwan Perancis memutuskan bahwa semua (system yang umum (universal) dari berat dan ukuran tidak harus bergantung pada standar-standar acuan (referensi) yang dibuat oleh manusia, tetapi sebaliknya didasarkan pada ukuran – ukuran permanen yang diberikan oleh alam. Sebagai dasar kedua, mereka memutuskan bahwa semua satuan-satuan lainnya akan dijabarkan (diturunkan) dari ketiga satuan dasar yang telah disebutkan tersebut yaitu panjang, massa dan waktu. Selanjutnya, adalah prinsip ketiga, mereka mengusulkan bahwa semua pengalian dan pengalian tambahan dari satuan-satuan dasar adalah dalam system decimal, dan mereka merancang system awalan-awalan yang kemudian digunakan sampai sekarang.

1

Alat-alat Ukur Sejarah Perkembangan “Standar Satuan Internasional” Ummi Qalsum_____________091204174_____________ICP Of Physics’09 Pada tahun 1795 usulan akademi prancis ini dikabulkan dan diperkenalkan sebagai system satuan metrik. System metrik ini tersebar secara tepat kemana-mana dan akhirnya pada tahun 1875, tujuh belas Negara menandatangani apa yang disebut perjanjian meter (metre convention) yang membuat system satuan-satuan metrik menjadi system yang resmi. Walaupun Inggris dan Amerika Serikat termasuk yang menandatangani perjanjian tersebut, mereka hanya mengakuinya secara resmi dalam transaksi-transaksi internasional, tetapi tidak menggunakan system metric tersebut untuk pemakaian di dalam negeri. Inggris pada waktu itu telah bekerja dengan suatu system satuan listrik dan Asosiasi Pengembangan Ilmu pengetahuan Inggris (British Assosiation for the Advancement of Science) telah menetapkan cm (centimeter) sebagai satuan dasar untuk panjang dan gram sebagai satuan dasar untuk massa. Dari sini mulai dikembangkan sistem satuan centimeter-gram-sekon atau satuan sistem absolut CGS yang kemudian digunakan oleh seluruh fisikawan di dunia. Kesukaran muncul sewaktu sistem CGS tersebut akan dikembangkan untuk pengukuran-pengukuran listrik dan maknetik, sebab masih diperlukan paling sedikit satu satuan lagi. Kemudian pada tahun 1960 sebuah sistem yang lebih dimengerti dan telah diterima sebelumnya pada tahun 1954, diakui dengan diadakannya Konferensi Umum Berat dan Ukuran (Eleventh General Conference of Weights and Measures) ke-11 yang menetapkan enam besaran pokok yaitu Panjang (meter), Massa (kilogram), Waktu (detik), Arus Listrik (Ampere), Temperatur (Kelvin), dan Intensitas cahaya (Candela) dengan nama Sistem Internasional, SI. Kemudian pada tahun 1971, diadakan lagi konferensi Umum Berat dan Ukuran ke-14 (1971) untuk menetapkan tujuh besaran pokok yaitu Panjang (meter), Massa (kilogram), Waktu (detik), Arus Listrik (Ampere), Temperatur (Kelvin), Intensitas cahaya (Candela) dan Jumlah zat (mol) sebagai tambahan satuan dasar yang ketujuh. Sebagai konsekuensinya, terdapat 7 besaran pokok yang sekarang menjadi standar satuan internasional seperti tabel dibawah ini :

2

Alat-alat Ukur Sejarah Perkembangan “Standar Satuan Internasional” Ummi Qalsum_____________091204174_____________ICP Of Physics’09 Tabel 1 Besaran-besaran dasar SI, satuan dan simbol

No

Besaran Pokok

Nama Unit

Lambang Unit

1

Panjang

Meter

m

2

Massa

Kilogram

kg

3

Waktu

Sekon

s

4

Arus Listrik

Ampere

A

5

Suhu

Derajat kelvin

o

6

Intensitas Cahaya

Kandela

cd

7

Jumlah Molekul

Mol

mol

K

Dengan adanya satuan dasar dan satuan turunan dalam pengukuran, terdapat beberapa jenis standar pengukuran yang dikelompokkan menurut fungsi dan pemakaiannya, yaitu : 1. Standar lnternasional (Internationalstandards) 2. Standar Primer (Primary Standards) 3. Standar Sekunder (Secondary Standards) 4. Standar Kerja (Working Standards) Standar satuan internasional didefinisikan oleh perjanjian internasional. Mereka menyatakan satuan-satuan pengukuran tertentu sampai ketelitian terdekat yang mungkin diijinkan oleh produksi dan teknologi pengukuran. Secara berkala, standar intemasional ini dinilai dan diperiksa melalui pengukuran-pengukuran absolut yang dinyatakan dalam satuan-satuan dasar. Standar-standar ini dirawat di IBMW ( International Bureau of Weights and Measures) dan tidak tersedia bagi pemakai alat –alat ukur biasa untuk maksud pembanding dan kalibrasi.

3

Alat-alat Ukur Sejarah Perkembangan “Standar Satuan Internasional” Ummi Qalsum_____________091204174_____________ICP Of Physics’09

Gambar 1 Bangunan International Bureau of Weights and Measures (IBMW)

Standar- standar primer dipelihara oleh laboratorium-laboratorium standar nasional diberbagai Negara didunia. NSB (The National Bureu of Standard) di Washintong DC, bertanggung jawab untuk perawatan standar-standar primer di Amerika Utara. Laboratorium nasional lainnya adalah NPL (The National Physical Laboratory) di Britania Raya dan yang tertua di dunia adalah PTR (Physikalisch – technische Reichenstalt) di Jerman. Sekali lagi ditegaskan bahwa standar-standar primer yang mewakili satuan-satuan dasar dan sebagian dari satuan mekanik dan satuan listrik yang diturunkan, dikalibrasi secara tersendiri berdasarkan pengukuranpengukuran absolute ditiap-tiap laboratorium nasional dan kemudian hasil-hasil pengukuran tersebut dibandingkan satu sama lain. Standar-standar primer tidak tersedia untuk digunakan di luar laboratorium-laboratorium nasional. Salah satu fungsi utama dari standar primer adalah memerikasa dan mengalibrasi standarstandar sekunder.

4


Gambar 2 Bangunan The National Bureuo of Standard (NSB), Washintong DC

Gambar 3 Bangunan The National Physical Laboratory (NPL), Teddington, UK.

Gambar 4 Laboratorium Physikalisch-Technische Reichsanstalt, Charlottenburg, Berlín, Jerman

5

Alat-alat Ukur Sejarah Perkembangan “Standar Satuan Internasional” Ummi Qalsum_____________091204174_____________ICP Of Physics’09 Standar- standar sekunder merupakan acuan (referensi) dasar bagi standarstandar yang digunakan dalam laboratorium pengukuran industry.

Standar ini

dipeiihara oieh khusus yang berkaitan dan diperiksa setempat terhadap standar acuan lain tersebut. Tanggung-jawab pemeliharaan dan kalibrasi standar sekunder dilakukan oleh industri itu sendiri. Standar sekunder ini biasanya diserahkan kepada laboratorium-laboratorium standar nasional secara berkala yaitu untuk melakukan kalibrasi dan membandingkan terhadap standar-standar primer. Kemudian mereka dikembalikan ke industri pemakaian disertai dengan tanda bukti kalibrasi (sertifikat). Standar kerja adalah alat utama bagi sebuah laboratorium pengukuran. Mereka digunakan untuk memeriksa dan mengalibrasi instrumen-instrumen laboratorium yang umum menengenai ketelitian dan prestasi atau untuk melakukan perbandingan dalam pemakaiannya di industri. Sebuah pabrik yang menghasilkan tahanan-tahanan presisi misalnya dapat digunakan tahanan standar (suatu standar kerja) di bagian pengendalian mutu untuk memeriksa peralatan ujinya. Dalam hal ini dia membuktikan bahwa pengukurannya dilakukan dalam batasan-batasan ketelitian yang diinginkan. Standar pengukuran merupakan pernyataan fisis dari sebuah satuan pengukuran. Sebuah satuan dinyatakan dengan menggunakan suatu bahan standar sebagai acuan (referensi) atau terhadap gejaia alam termasuk konstanta- konstanta fisis dan atom. Sebagai contoh, satuan dasar massa dalam sistem internasional (SI) adalah kilogram, yang didefinisikan sebagai massa 1 dm3 air pada temperatur kerapatan maksimal sebesar 40C. Berikut akan diuraikan beberapa sejarah perkembangan satuan standar internasional yang digunakan.

6

Alat-alat Ukur Sejarah Perkembangan “Standar Satuan Internasional” Ummi Qalsum_____________091204174_____________ICP Of Physics’09 SEJARAH PERKEMBANGAN STANDAR SATUAN INTERNASIONAL

1. Satuan Panjang Sampai 200 tahun yang lalu, satuan-satuan pengukuran panjang tidak distandarkan, sehingga berbeda-beda untuk setiap tempat/negara. Pada Tahun 1120 Raja Inggris memutuskan bahwa standar panjang di negara itu akan diberi nama yard (3 kaki) dan akan tepat sama dengan jarak dari ujung hidungnya ke ujung lengan. Pada Tahun 1790 Akademi Ilmu Pengetahuan Prancis menetapkan meter (disingkat m) sebagai Satuan Internasional (SI) panjang. Meter pada awalnya ditetapkan oleh Akademi Sains Perancis (Académie des sciences) sebagai jarak (garis longitudinal) sepanjang permukaan Bumi dari Kutub Utara hingga Khatulistiwa melalui meridian Paris pada tahun 1791, dan pada 7 April 1795 Perancis menggunakan meter sebagai jarak resmi untuk panjang. Ketidakpastian dalam pengukuran jarak tersebut menyebabkan Biro Berat dan Ukuran Internasional (BIPM - Bureau International des Poids et Mesures) menetapkan 1 meter sebagai jarak antara dua garisan pada batang platinum-iridium (meter standar) yang disimpan di Sevres, Perancis pada tahun 1889.

Gambar 5 Jarak yang ditetapkan untuk satu meter adalah jarak antara equator dan kutub utara sepanjang meridian melalui Paris sebesar 10 juta meter

7


Gambar 6 Batangan standard Prototipe Meter Internasional terbuat dari platinum-iridium.

Setelah batang standar meter dibuat dan dilakukan pengukuran yang teliti, ternyata ada perbedaan sedikit (sekitar 0,023%) dari harga yang dimaksud. Karena meter standar tidak mudah dibuat kembali, maka dibuatlah turunan-turunanya dengan sangat teliti dan disebarkan ke berbagai laboratorium standar di seluruh dunia. Standar sekunder ini digunakan untuk mengkalibrasi batang-batang pengukur yang lain. Jadi sampai sekarang, batang-batang pengukur bersumber pada meter standar dengan melalui serangkaian penerangan yang rumit, dengan menggunakan mikroskop dan mesin-mesin pembagi. Ada beberapa keberatan untuk menggunakan batang meter sebagai standar primer untuk panjang: Batang tersebut mudah rusak, misalnya bila ada kebakaran atau perang dan juga batang tersebut tidak mudah untuk diperoleh kembali. Hal ini bukanlah suatu kekhawatiran yang dibuat-buat. Ketika gedung parlemen Inggris terbakar dalam tahun 1834, standar yard dan pound Inggris ikut rusak. Prancis menyatakan Lembaga Berat dan Ukuran Internasional sebagai daerah netral internasional, dan untungnya hal tersebut dihargai dan dipatuhi oleh kaum Nazi setelah Perang Dunia Kedua. Yang

lebih

penting

dari

itu,

ketelitian

pengukuran

dengan

memperbandingkan letak garis halus di bawah mikroskop tidak lagi memadai untuk ilmu pengetahuan dan teknologi modern. Bukti untuk ini ditunjukkan dengan perlu adanya koreksi-koreksi dalam perjalanan misi ruang angkasa. Jika kita tidak

8

Alat-alat Ukur Sejarah Perkembangan “Standar Satuan Internasional” Ummi Qalsum_____________091204174_____________ICP Of Physics’09 mengetahui jarak ke bulan dalam meter sebagai fungsi waktu dengan teliti, maka misi ini akan sulit dilaksanakan. Saran agar gelombang cahaya digunakan sebagai standar untuk panjang pertama kali diajukan oleh J. Babinet dalam tahun 1828. Perkembangan interferometer yang terakhir melengkapi ilmuwan dengan alat optik presisi yang dapat digunakan untuk membandingkan panjang dengan gelombang cahaya. Cahaya tampak memiliki panjang gelombang sekitar 0,5 mikrometer dan pengukuran panjang batang yang hanya beberapa sentimeter panjangnya dapat dilakukan dengan ketelitian sampai sepersekian kali panjang gelombangnya. Perbandingan panjang dengan menggunakan cahaya memungkinkan diperoleh ketelitian sampai 1 bagian dalam 109. Pada tahun 1960, ketika laser diperkenalkan, Konferensi Umum tentang Berat dan Ukuran (Conférence Générale des Poids et Mesures/CGPM) ke-11 ditetapkan suatu standar atomik untuk panjang dengan mengganti definisi meter sebagai 1.650.763,73 kali panjang gelombang spektrum cahaya oranye-merah yang dipancarkan oleh isotop atom krypton86 dalam discharge listrik sebuah ruang vakum. Tepatnya, sekarang satu meter didefinisikan sebagai 1650763,73 kali panjang gelombang cahaya tersebut. Perbandingan ini diambil sedemikian rupa sehingga standar yang baru (didasarkan pada panjang gelombang cahaya) sedapat mungkin mendekati standar yang lama yang didasarkan atas batang meter. Standar yang baru memungkinkan perbandingan panjang sepuluh kali lebih baik daripada dengan batang meter. Standar panjang yang didefinisikan ,secara optik ini merupakan satuan dasar panjang yang sama dengan batang platina iridium, tetapi dengan tingkat ketelitian yang lebih besar.

Gambar 7 Pengukuran Panjang Gelombang cahaya orange-merah oleh isotop atom krypton86

9

Alat-alat Ukur Sejarah Perkembangan “Standar Satuan Internasional” Ummi Qalsum_____________091204174_____________ICP Of Physics’09 Keuntungan lain selain dari peningkatan ketelitian pengukuran panjang, atom 86

Kr tersedia dimana-mana, semua identik dan memancarkan cahaya dengan panjang gelombang yang sama. Panjang gelombang yang dipilih untuk standar merupakan karakteristik unik daripada Kr86 dan dapat ditentukan secara tegas. Isotopnya pun dapat diperoleh dalam bentuk murni.

Gambar 8 Pancaran Cahaya Atom Krypton (kiri) dan Molekul Atom Krypton (kanan)

Pada tahun 1983, BIPM menetapkan meter sebagai jarak yang dilalui cahaya melalui vakum pada 1/299.792.458 detik (kecepatan cahaya ditetapkan sebesar 299.792.458 meter per detik). Oleh karena kecepatan cahaya dalam vakum adalah sama dimanapun saja, definisi ini lebih universal dibandingkan dengan jarak ukur lilit bumi atau panjang batang logam tertentu. Oleh karena itu, jika batang logam itu hilang atau musnah, panjang meter standar masih dapat diulangi dalam laboratorium manapun. Selain itu ia secara teori dapat diukur dengan lebih tepat dibandingkan dengan ukuran yang lain.

Gambar 9 Ilustrasi Gerakan Cahaya pada Ruang Hampa

10

Alat-alat Ukur Sejarah Perkembangan “Standar Satuan Internasional” Ummi Qalsum_____________091204174_____________ICP Of Physics’09 2. Satuan Massa

Pada satuan SI (Standar Internasional) massa dinyatakan dalam satuan kilogram (kg), didefinisikan sebagai massa sebuah silinder paduan platina dan iridium tertentu yang disimpan di Biro Internasional Poids et Mesures di Sèvres, IBWM (International Bureau of Weights and Measures, Biro Internasional untuk Berat dan ukuran) berkedudukan di Sevres, dekat Paris Perancis. Standar ini ditetapkan pada tahun 1887. Penggunaan bahan platinum-iridium sebagai standar 1 kilogram karena merupakan bahan yang stabil. Standar sekunder dikirimkan ke laboratorium standar di berbagai negara dan massa dari benda-benda lain dapat ditentukan dengan menggunakan teknik neraca berlengan sama (equal-arm balance) dengan ketelitian 2 bagian dalam 108.

Gambar 10 Equal-Arm Balance dan skema gambarnya

Equal-Arm Balance, Presisi sama-lengan, dengan dua-panci keseimbangan, dibangun sekitar tahun 1901 oleh A. Rueprecht & Sohn Wina, dibeli oleh NBS tahun 1945 dari Sekolah Ilmu Terapan Kasus. Itu digunakan untuk kalibrasi standar kilogram sekunder terhadap Prototipe Nasional No 20 sampai sekitar tahun 1960. Seluruh instrumen terbungkus dalam kaca untuk mengurangi efek dari perubahan

11

Alat-alat Ukur Sejarah Perkembangan “Standar Satuan Internasional” Ummi Qalsum_____________091204174_____________ICP Of Physics’09 suhu dan kelembaban di udara dan daya apung untuk menjaga arus udara dari mempengaruhi kinerja neraca. Semua operasi dapat dicapai dari kejauhan oleh batang kendali yang panjang.

Gambar 11 Standar untuk satuan massa adalah sebuah silinder platinum-iridium

Turunan standar massa internasional untuk Amerika Serikat, dikenal sebagai Kilogram Prototip No.20, ditempatkan dalam suatu kubah di Lembaga Standar Nasional. Standar ini dikeluarkan lebih dari setahun sekali untuk menguji kembali harga standar tersier. Sejak tahun 1889 Prototip No.20 sudah dua kali dibawa ke Prancis untuk ditera kembali dengan kilogram induk. Ketika dikeluarkan dari kubahnya, selalu ada dua orang petugas, yang seorang bertugas membawa kilogram tersebut dengan tang, yang lainnya bertugas menangkapnya kalau-kalau kilogram itu jatuh.

Gambar 12 Replika Kilogram Prototip No.20, Turunan standar massa di Amerika

12

Alat-alat Ukur Sejarah Perkembangan “Standar Satuan Internasional” Ummi Qalsum_____________091204174_____________ICP Of Physics’09 Sebagai satuan massa mereka memiliki massa 1 cm3 air yang telah disuling air yang telah disuling pada temperatur 40C dan pada tekanan udara (atmosfer) normal (760 milimeter air raksa, mmHg) dan menamakannya gram. Satuan massa dalam metrik mula-mula didefinisikan sebagai massa 1 dm3 air pada temperatur kerapatan maksimumnya. Bahan yang menyatakan satuan tersebut adalah IPK (International Prototype Kilogram; Kilogram Prototip Internasional) yang disimpan di IBWM (International Bureau of Weights and Meazures) dekat Paris. Standar Primer untuk massa di Amerika Utara adalah Kilogram Prototip Internasional Amerika Serikat (United State Prototype Kilogram) yang disimpan oleh BNS pada suatu ketelitian sebesar 1 bagian dalam 108 dan ketelitian tersebut sekali-kali diperiksa dengan membandingkannya terhadap standar di Biro Internasional. Standar sekunder di laboratorium-laboratorium industry yang umumnya mempunyai ketelitian sebesar 1 bagian perjuta dan ketelitian tersebut dapat diperiksa terhadap terhadap standar primer NSB. Standar massa kedua adalah dalam skala atomik, bukan satuan SI, yaitu massa dari atom C12 yang berdasarkan perjanjian internasional diberikan harga sebesar 12 satuan massa atom terpadu (disingkat ; 1 = 1,660x10-27 kg). Massa atom lain dapat ditentukan secara teliti dengan menggunakan spektrometer massa.

3. Satuan Waktu Sejak dahulu manusia telah mencari standar acuan bagi skala waktu yang seragam. Beserta cara-cara untuk menginterpolasi suatu selang waktu yang kecil terhadap standar acuan tersebut. Untuk beberapa abad lamanya acuan waktu yang digunakan adalah perputaran bumi pada sumbunya mengelilingi matahari. Pengamatan-pengamatan astronomi telah menunjukkan bahwa perputaran bumi mengelilingi matahari sangat tidak teratur: hal ini disebabkan oleh variasi yang terjadi berabad-abad dan ketidakteraturan perputaran bumi. Karena skala waktu yang didasarkan pada pada waktu matahari yang kelihatan ini tidak menunjukkan skala waktu yang seragam. Maka dicari jalan lain. Waktu matahari rata-rata dari semua

13

Alat-alat Ukur Sejarah Perkembangan “Standar Satuan Internasional” Ummi Qalsum_____________091204174_____________ICP Of Physics’09 hari yang kelihatan selama satu tahun. Dengan demikian sekon matahari rata-rata sama dengan 1/86400 hari matahari rata-rata. Berarti sekon rata-rata matahari yang dinyatakan masih belum memadai terhadap satuan dasar waktu, karena dia dikaitkan dengan perputaran bumi yang ternyata setelah diketahui tidak serba sama. Standar untuk satuan waktu adalah sekon (s) atau detik. Standar waktu yang masih dipakai sekarang didasarkan pada hari matahari rata-rata. Satu sekon atau satu detik didefinisikan sebagai selang waktu yang diperlukan oleh atom cesium-133 untuk melakukan getaran sebanyak 9.192.631.770 kali dalam transisi antara dua tingkat energi di tingkat energi dasarnya. Pada awalnya, istilah second dalam bahasa Inggris dikenal sebagai "second minute" (menit kedua), yang berarti bagian kecil dari satu jam. Bagian yang pertama dikenal sebagai "prime minute" (menit perdana) yang sama dengan menit seperti yang dikenal sekarang. Besarnya pembagian ini terpaku pada 1/60, yaitu, ada 60 menit di dalam satu jam dan ada 60 detik di dalam satu menit. Ini mungkin disebabkan oleh pengaruh orang-orang Babylonia, yang menggunakan hitungan sistem berdasarkan sexagesimal (basis 60). Istilah jam sendiri sudah ditemukan oleh orang-orang Mesir dalam putaran bumi sebagai 1/24 dari mean hari matahari. Ini membuat detik sebagai 1/86.400 dari mean hari matahari. Nama itu berasal dari bahasa latin yang namanya “clocca”. Cara orang dulu itu ternyata melihat waktu dengan menggunakan matahari. Dan mereka melihat dan mambagi waktu dalam dua waktu. Yang pertama jika matahari tepat diatas kepala itu namanya berarti tengah hari atau sore dan ketika matahari dekat dengan kaki langit berarti waktu waktu sudah waktunya dekat pagi atau dekat malam. Jam tertua bernama jam sundial atau biasanya disebut dengan jam matahari. pertama kali digunakan kira-kira sekitar 3.500 sebelum masehi.

14


Gambar 13 Jam Sundial atau Jam Matahari

Jam matahari adalah sebuah perangkat yang menunjukkan waktu berdasarkan letak matahari. Rancangan jam matahari yang paling umum dikenal memanfaatkan bayangan yang menimpa permukaan datar yang ditandai dengan jamjam dalam suatu hari. Seiring dengan perubahan pada posisi matahari, waktu yang ditunjukkan oleh bayangan tersebut pun turut berubah. Pada dasarnya, jam matahari dapat dibuat menggunakan segala jenis permukaan yang ditimpai bayangan yang dapat ditebak posisinya. Jam Mekanik ditemukan pada akhir tahun 100 Masehi di Cina, namun tidak dikembangkan lebih lanjut. Kemudian, pada tahun 1200-an, jam mekanik mulai dikembangkan di Eropa.

Gambar 14 Jam mekanik yang kelihatannya rumit.

Jam tersebut umumnya menggunakan pemberat sebagai penggeraknya, tetapi tidak memiliki bandul atau jarum. Sebagai penanda satuan waktu (misalnya satu jam) adalah bunyi lonceng atau bel. Salah satu jam mekanik generasi pertama, saat ini masih tersimpan di Katedral Salisbury, Inggris. Jam ini dibuat tahun 1386.

15

Alat-alat Ukur Sejarah Perkembangan “Standar Satuan Internasional” Ummi Qalsum_____________091204174_____________ICP Of Physics’09 Jam Baterai adalah jam yang menggunakan tenaga baterai pertama kali diciptakan oleh Alexander Bain, tahun 1840, di Inggris. Jam ini umumnya memiliki roda penyeimbang dan bandul atau batang kristal kuarsa kecil untuk menyesuaikan waktu. Baterai akan menggetarkan roda, bandul atau kuarsa, dan mengubah getaran itu menjadi energi listrik, yang selanjutnya mampu menggerakkan jarum jam.

Gambar 15 Baterai tablet biasanya digunakan untuk jam baterai

Terakhir adalah perkembangan jam atom. Dengan dibuatnya jam atom, maka ditentukanlah penggunaan jam atom sebagai dasar pendefinisian dari detik, bukan lagi dengan putaran bumi. Jam atom adalah sebuah jenis jam yang menggunakan standar frekuensi resonansi atom sebagai penghitungnya. Jam atom awal adalah maser dengan peralatan lainnya. Standar frekuensi atom terbaik sekarang ini berdasarkan fisika yang lebih maju melibatkan atom dingin dan air mancur atomik.

Gambar 16 Jam atom di National Bureau of Standards A.S.

16

Alat-alat Ukur Sejarah Perkembangan “Standar Satuan Internasional” Ummi Qalsum_____________091204174_____________ICP Of Physics’09 Jam atom pertama yang akurat, berdasarkan transisi dari atom caesium-133, dibuat oleh Louis Essen pada 1955 di National Physical Laboratory di Britania. Hal ini menyebabkan persetujuan internasional yang menjelaskan detik sebagai dasar dari waktu atomik. Jam jenis ini menggunakan standar frekuensi resonansi atom sebagai penghitungnya. Dibandingkan jam jenis lain, jam atom jauh lebih akurat. Kemudian, pada tahun 1994, ilmuwan sedunia sepakat untuk mendefinisikan satu detik sebagai 9.192.631.770 kali daur radiasi yang dipancarkan oleh atom. Pada Agustus 2004, ilmuwan NIST mempertunjukkan sebuah jam atom skala-chip. Menurut para periset, jam ini seukuran seperseratus dari jam lainnya yang telah ada sebelumnya. Dan mereka menyatakan bahwa jam ini hanya memerlukan 75 milliwatt, membuatnya cocok untuk aplikasi yang menggunakan baterai.

Gambar 17 Jam atom skala-chip yang dibuat oleh ilmuwan oleh NIST

Penyelidikan mengenai suatu waktu yang umum sesunggunhnya telah menuntun para ahli astronomi untuk mendefinisikan suatu satuan waktu yang disebut waktu yang sangat singkat (ephemeris time, ET). ET didasarkan pada pengamatan astronomi dari gerakan bulan mengelilingi bumi, sejak 1956 sekon sesaat telah diartikan oleh IBWM sebagai 1/31.556.925.9747 tahun tropis pada januari tanggal nol tahun 1990 pada ET 12 jam, dan diakui sebagai satuan dasar waktu yang tidak berubah-ubah. Kerugian pemakaian sekon saat ini adalah bahwa dia hanya dapat ditentukan selama beberapa tahun dari keseluruhan pekerjaan yang masih harus

17

Alat-alat Ukur Sejarah Perkembangan “Standar Satuan Internasional” Ummi Qalsum_____________091204174_____________ICP Of Physics’09 secara tidak langsung hanya didasarkan pada pengamatan posisi matahari dan bulan. Untuk pengukuran-pengukuran fisis, satuan selang. Definisi atom untuk sekon yang memberi kenyataan suatu ketelitian yang jauh lebih besar dari yang dicapai berdasarkan pengamatan astronomi, menghasilkan dasar waktu yang lebih seragam dan lebih memuaskan. Sekarang ini penentuan selang waktu dapat dilakukan dalam beberapa menit pada ketelitian yang lebih besar dari yang mungkin sebelumnya yaitu pengukuran astronomi yang memerlukan waktu beberapa tahun untuk melengkapinya. Sebuah jam atom dengan ketepatan yang melebihi satu mikrosekon (μs) setiap hari dalam operasinya, merupakan standar frekuensi primer di NBS. Sebuah skala waktu atom, yang dinamakan NBS-A dipelihara bersama-sama dengan jam ini.

4. Satuan Arus Listrik Dalam fisika, ampere dilambangkan dengan A, adalah satuan SI untuk arus listrik. Satu ampere adalah suatu arus listrik yang mengalir dari kutub positif ke kutub negatif, sedemikian sehingga di antara dua penghantar lurus dengan panjang tak terhingga, dengan penampang yang dapat diabaikan, dan ditempatkan terpisah dengan jarak satu meter dalam vakum, menghasilkan gaya sebesar 2 × 10 -7 newton per meter. Satuan ini diambil dari nama André-Marie Ampère, salah satu penemu elektromagnetisme. Satuan standar internasional (SI) mendefinisikan ampere (satuan dasar untuk arus listrik) sebagai arus konstan, yang jika dipertahankan di dalam dua konduktor lurus yang sejajar yang panjangnya tak berhingga dan penampangnya diabaikan, dan kedua konduktor tersebut ditempatkan pada jarak 1 m di dalam ruang hampa; akan menghasilkan gaya antara kedua konduktor tersebut sebesar 2x10-7 Newton persatuan panjang. Pengukuran sebelumnya mengenai nilai ampere absolut dilakukan dengan menggunakan kesetimbangan arus (current balance) yakni dengan mengukur gaya antara dua konduktor sejajar. Pengukuran ini agak kasar, sedang yang dibutuhkan

18

Alat-alat Ukur Sejarah Perkembangan “Standar Satuan Internasional” Ummi Qalsum_____________091204174_____________ICP Of Physics’09 adalah mendapatkan standar yang lebih praktis dan dapat diproduksi kembali untuk laboratorium- laboratorium nasional.

Gambar 18 Ampere didefinisikan sebagai arus konstan yang, bila dipertahankan, akan menghasilkan gaya sebesar 2 x 10-7 Newton/meter di antara dua penghantar lurus sejajar, dengan luas penampang yang dapat diabaikan, berjarak 1 meter satu sama lain dalam ruang hampa udara.

Berdasarkan persetujuan internasional, nilai dari pada ampere internasional didasarkan pada endapan elektrolit perak dari larutan perak nitrat. Kemudian ampere internasional didefinisikan sebagai arus yang mengendapkan perak dengan laju kecepatan sebesar 1,118 miligram per-sekon dari suatu larutan perak nitrat standar. Kesulitan ditemukan dalam pengukuran endapan perak yang tepat dan terdapat suatu perbedaan kecil antara pengukuran- pengukuran yang telah dilakukan secara terpisah oleh berbagai laboratorium standar nasional. Dalam tahun 1948 Ampere Internassional diganti oleh Ampere Absolut. Penentuan ampere absolut ini juga dilakukan dengan cara kesetimbangan arus, yakni mengukur gaya yang dihasilkan oleh dua kumparan pembawa arus. Perbaikan dalam cara-cara pengukuran gaya memberikan suatu harga bagi ampere yang jauh lebih baik dari yang sebelumnya. Hubungan antara gaya dan arus yang menghasilkan gaya tersebut dapat ditentukan dari konsep teori dasar elektromaknetik dan diturunkan menjadi perhitungan sederhana yang mencakup dimensi geometrik kumparankumparan. Sekarang ini ampere absolut menjadi satuan dasar arus listrik dalam SI dan secara umum diakui oleh perjanjian internasional.

19

Alat-alat Ukur Sejarah Perkembangan “Standar Satuan Internasional” Ummi Qalsum_____________091204174_____________ICP Of Physics’09 Instrumen-instrumen yang dibuat sebelum 1948 dikalibrasi dalam Ampere Internasional sedangkan instrumen-instrumen yang lebih baru menggunakan Ampere Absolut sebagai dasar kalibrasi. Karena kedua jenis instrumen tersebut bisa ditemukan di dalam satu laboratorium, maka NBS telah menetapkan faktor-faktor konversi yang memberikan hubungan antara kedua satuan tersebut. Satu Ampere adalah jumlah muatan listrik satu coulomb (1 coulomb = 6,25.1018 elektron ) yang melewati suatu penampang dalam 1 detik.

5. Satuan Suhu

Skala Kelvin (simbol: K) adalah skala suhu di mana nol absolut didefinisikan sebagai 0 K. Satuan untuk skala Kelvin adalah kelvin (lambang K), dan merupakan salah satu dari tujuh unit dasar SI. Satuan kelvin didefinisikan oleh dua fakta: nol kelvin adalah nol absolut (ketika gerakan molekuler berhenti), dan satu kelvin adalah pecahan 1/273,16 dari suhu termodinamik triple point air (0,01 °C). Skala suhu Celsius kini didefinisikan berdasarkan kelvin. Tabel 2 Rumus konversi suhu kelvin

Konversi dari

ke

Rumus

Kelvin

Fahrenheit

°F = K × 1,8 − 459,67

Fahrenheit

kelvin

K = (°F + 459,67) / 1,8

kelvin

Celsius

°C = K − 273,15

Celsius

kelvin

K = °C + 273,15

Gambar 19 Lord Kelvin

20

Alat-alat Ukur Sejarah Perkembangan “Standar Satuan Internasional” Ummi Qalsum_____________091204174_____________ICP Of Physics’09 Kelvin dinamakan berdasarkan seorang fisikawan dan insinyur Inggris, William Thomson, 1st Baron Kelvin. Perkataan kelvin sebagai unit SI ditulis dengan huruf kecil k (kecuali pada awal kalimat), dan tidak pernah diikuti dengan kata derajat, atau simbol °, berbeda dengan Fahrenheit dan Celsius. Ini karena kedua skala yang disebut terakhir adalah skala ukuran sementara kelvin adalah unit ukuran. Ketika kelvin diperkenalkan pada tahun 1954 (di Konferensi Umum tentang Berat dan Ukuran (CGPM) ke-10, Resolusi 3, CR 79), namanya adalah "derajat kelvin" dan ditulis °K; kata "derajat" dibuang pada 1967 (CPGM ke-13, Resolusi 3, CR 104). Perhatikan bahwa simbol unit kelvin selalu menggunakan huruf besar K dan tidak pernah dimiringkan. Tidak seperti skala suhu yang menggunakan simbol derajat, selalu ada spasi di antara angka dan huruf K-nya, sama seperti unit SI lainnya. Dalam sistem termodinamika, energi yang dibawa partikel sebanding dengan suhu absolut, serta melibatkan konstanta proporsionalitas yang dikenal sebagai konstanta Boltzmann.

6. Satuan Intensitas Cahaya

Candela (cd) adalah unit SI yang mengukur kekuatan dari sinar bercahaya yang memberikan arah dari suatu sumber yang mengeluarkan radiasi monochromatic sebesar frekuensi 540 x 1012 hertz. Satuan Kandela adalah benda hitam seluas 1 m2 yang bersuhu hk lebur platina ( 1773 oC ) akan memancarkan cahaya dalam arah tegak lurus dengan kuat cahaya sebesar 6 x 105 kandela serta memiliki intensitas pancaran 1/683 watt per steradian pada arah tertentu. Menurut sejarah, sumber cahaya buatan adalah lilin (candela). Candela dengan singkatan Cd ini merupakan satuan Intensitas Cahaya (I) dari sebuah sumber yang memancarkan energi cahaya ke segala arah.

21

Alat-alat Ukur Sejarah Perkembangan “Standar Satuan Internasional” Ummi Qalsum_____________091204174_____________ICP Of Physics’09 7. Satuan Molekul Zat

Mol adalah satuan dasar SI yang mengukur jumlah zat. Istilah "mol" pertama kali diciptakan oleh Wilhem Ostwald dalam bahasa Jerman pada tahun 1893, walaupun sebelumnya telah terdapat konsep massa ekuivalen seabad sebelumnya. Istilah mol diperkirakan berasal dari kata bahasa Jerman Molekül. Nama gram atom dan gram molekul juga pernah digunakan dengan artian yang sama dengan mol, namun sekarang sudah tidak digunakan. Satu mol didefinisikan sebagai jumlah zat suatu sistem yang mengandung "entitas elementer" (atom, molekul, ion, elektron) sebanyak atom-atom yang berada dalam 12 gram karbon-12 Sehingga: 

satu mol besi mengandung sejumlah atom yang sama banyaknya dengan satu mol emas;



satu mol benzena mengandung sejumlah molekul yang sama banyaknya dengan satu mol air;



jumlah atom dalam satu mol besi adalah sama dengan jumlah molekul dalam satu mol air.

Satu mol zat terdiri atas 6,025 x 1023 buah partikel. ( 6,025 x 1023 disebut dengan bilangan Avogadro). Terdapat miskonsepsi yang umum bahwa mol didefinisikan menurut tetapan Avogadro (juga disebut "bilangan Avogadro"). Namun kita tidak perlu mengetahui jumlah atom ataupun molekul yang ada dalam suatu zat untuk menggunakan satuan mol, dan sebenarnya pula pengukuran jumlah zat dilakukan pertama kali sebelum adanya teori atom modern. Definisi mutakhir mol disepakati pada tahun 1960-an. Sebelumnya, definisi mol didasarkan pada berat atom hidrogen, berat atom oksigen, dan massa atom relatif oksigen-16. Keempat definisi ini memiliki tingkat perbedaan yang lebih kecil dari 1%. Metode yang paling umum untuk mengukur jumlah zat adalah dengan mengukur massanya dan kemudian membagi nilai massanya dengan massa molar zat tersebut. Massa molar dapat dihitung dengan mudah dari nilai tabulasi bobot atom

22

Alat-alat Ukur Sejarah Perkembangan “Standar Satuan Internasional” Ummi Qalsum_____________091204174_____________ICP Of Physics’09 dan tetapan massa molar (didefinisikan sebagai 1 g/mol). Metode lainnya meliputi penggunaan volume molar ataupun pengukuran muatan listrik. Sejak diadopsinya mol ke dalam Satuan SI, terdapat sejumlah kritikan yang mengkritik penggunaan mol yang disamakan dengan satuan meter dan detik. Kritikan yang ada dapat diringkas sebagai berikut: jumlah zat bukanlah benar-benar kuantitas fisik (ataupun dimensi) yang sebenarnya. Ia bertumpang tindih dengan satuan massa, sehingga mol tidak seharusnyalah menjadi satuan dasar; mol hanyalah suatu cara untuk merujuk pada nilai jumlah yang sangat besar. Dalam kimia telah lama diketahui sejak dicetuskannya Hukum perbandingan tetap oleh Joseph Proust, bahwa pengetahuan hanya pada massa tiap-tiap komponen dalam suatu sistem kimiawi tidaklah cukup untuk mendefinisikan sistem kimiawi tersebut. Jumlah zat yang diekspresikan sebagai massa haruslah dibagi dengan suatu "nilai perbandingan tetap", sehingga ia barulah mengandung informasi yang hilang dari pengukuran massa. Seperti yang ditunjukkan oleh John Dalton pada Hukum tekanan parsial tahun 1803, pengukuran massa tidaklah seperlunya dilakukan untuk mengukur jumlah zat. Terdapat banyak hubungan fisik antara jumlah zat dengan kuantitas fisik lainnya (conotohnya hubungan dalam hukum gas ideal). Istilah "mol" pertama kali digunakan dalam buku teks untuk mendeskripsikan sfiat-sifat koligatif ini. Terdapat pula miskonsepsi bahwa mol hanyalah berfungsi sebagai alat bantu hitung. Miskonsepsi ini didasarkan pada pandangan bahwa satu mol didefinisikan menurut tetapan Avogadro, sehingga satu mol adalah sama dengan 6,0221417923 × 1023 entitas elementer. Sebenarnya tetapan Avogadrolah yang didefinisikan menurut satuan mol tersebut, dan bukan sebaliknya. Misalnya terdapat suatu pengukuran satu mol silikon. Silikon berbentuk padat pada suhu kamar, dan metode pengukuran zat tersebut yang paling mudah adalah dengan menimbangnya. Dengan menggunakan tabel referensi, ditemukan bahwa

23

Alat-alat Ukur Sejarah Perkembangan “Standar Satuan Internasional” Ummi Qalsum_____________091204174_____________ICP Of Physics’09 bobot atom silikon adalah 28,0855. Dengan mengalikannya dengan tetapan massa molar Mu, kita akan dapatkan massa molar. Asumsikan bahwa pengukuran tersebut dilakukan dalam satuan gram, sehingga, Mu = 1 g/mol, maka massa molar silikon tersebut adalah 28,0855 g/mol. Sehingga, 28,055 g silikon adalah sama dengan satu mol silikon. Dalam hal ini, tetapan Avogadro tidak berperan penting sama sekali. Menghitung (atau mengukur) jumlah atom dalam 28,0855 g silikon barulah akan mengantarkan kita pada nilai tetapan Avogadro, NA.

24

Alat-alat Ukur Sejarah Perkembangan “Standar Satuan Internasional” Ummi Qalsum_____________091204174_____________ICP Of Physics’09 SUMBER REFERENSI

Cooper, William D., Instrumentasi Elektronika dan Teknik Pengukuran Edisi ke-2, Jakarta : 1999 Sistem Satuan Internasional, http://id.wikipedia.org/wiki/Sistem_Satuan_Internasional, (Akses tanggal 2 Oktober 2011) Sistem Satuan Internasional, http://www.unhas.ac.id/~mkufisika/bab1/md1d_a.html, (Akses tanggal 2 Oktober 2011) Sejarah Besaran dan Pengukuran Fisika, http://poetrafic.wordpress.com/2010/09/21/sejarah-besaran-danpengukuran-fisika/, (Akses tanggal 2 Oktober 2011) Asal-Usul Standar Untuk Satuan Panjang, Massa, Waktu, http://archive.kaskus.us/thread/3409279 (Akses tanggal 2 Oktober 2011) Spoiler for Kripton, http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/9/9c/Kryptonglow.jpg/600px-Krypton-glow.jpg (Akses tanggal 3 Oktober 2011) Kripton, http://1.bp.blogspot.com/_iGsQOGUqVmM/SpnNz3jyClI/AAAAAAAAAL s/M8ezzr7QV5E/s1600-h/Kr.htm12.jpg, (Akses tanggal 3 Oktober 2011) Pantalla

Kripton, http://callejonreciclo.files.wordpress.com/2008/04/kriptonabajook.jpg, (Akses tanggal 3 Oktober 2011)

Nastional Physical laboratory, http://www.eurekalert.org/multimedia/pub/9685.php?from=120412, (Akses tanggal 3 Oktober 2011) Physikalisch-Technische Reichsanstalt, http://www.jergym.hiedu.cz/~canovm/objevite/objev4/koh.htm, (Akses tanggal 3 Oktober 2011) Energi

Negatif, http://ekoh4riyanto.files.wordpress.com/2010/11/lempengcasimir.jpg?w=398&h=404, (Akses tanggal 3 Oktober 2011)

25

Alat-alat Ukur Sejarah Perkembangan “Standar Satuan Internasional” Ummi Qalsum_____________091204174_____________ICP Of Physics’09 The Kilogram is somehow getting Lighter, http://instructify.com/files/2007/09/kilogramx.jpg, (Akses tanggal 3 Oktober 2011) Prototype Kilogram 20, replica, http://museum.nist.gov/object.asp?ObjID=38, (Akses tanggal 3 Oktober 2011) The international prototype, http://www.bipm.org/utils/common/img/mass/prototype.jpg, (Akses tanggal 3 Oktober 2011) Rueprecht Balance, http://museum.nist.gov/object.asp?ObjID=51, (Akses tanggal 3 Oktober 2011) Jam Atom, http://id.wikipedia.org/wiki/Jam_atom, (Akses tanggal 2 Oktober 2011) Jam (2), http://arloji.orangkomputer.com/?p=12, (Akses tanggal 3 Oktober 2011) Jam Matahari dibangun di Tugu Khatulistiwa, http://www.ligagame.com/forum/index.php?topic=71776.0, (Akses tanggal 3 Oktober 2011) Jam dari zaman ke zama, http://www.kidnesia.com/Kidnesia/SekitarKita/Teknologi/Jam-dari-Zaman-ke-Zaman, (Akses tanggal 3 Oktober 2011) Standar Satuan Besaran, http://smkkita.blogspot.com/2011/03/fisika-besaran-atausatuan.html , (Akses tanggal 3 Oktober 2011) Mol, http://id.wikipedia.org/wiki/Mol, (Akses tanggal 2 Oktober 2011) Teori Listrik dan Arus Listrik, http://teropong-simple.blogspot.com/2010/09/teorilistrik-statis-dan-arus-listrik_18.html, (Akses tanggal 3 Oktober 2011)

26

Sejarah Perkembangan Standar Pengukuran Internasional

Recommend Documents