Pernahkah kamu memerhatikan ketika menuangkan air panas ke dalam gelas kaca, gelas tersebut tiba-tiba retak?
Retaknya gelas disebabkan karena pemuaian yang tidak merata, kaca termasuk konduktor yang kurang baik. Ketika air panas dituangkan ke dalam gelas, sisi permukaan dalam kaca gelas lebih dahulu mengalami pemuaian dibandingkan pada sisi luar kaca gelas.
Pemuaian disebabkan karena perubahan suhu
Materi atau zat tersusun dari partikel-partikel. Perubahan suhu pada suatu zat akan mempengaruhi gerak partikel penyusun benda tersebut. Semakin tinggi suhu suatu zat, semakin cepat partikel penyusunnya bergetar. Sehingga pemuaian suatu zat disebabkan karena adanya kenaikan suhu.
Susunan dan gerak partikel penyusun suatu zat memiliki sifat yang berbeda, tergantung pada wujud zat tersebut. Sehingga pemuaian dapat dibedakan menjadi pemuaian pada zat padat, cair, dan gas.
Pemuaian pada Zat Padat
Pemuaian pada suatu zat secara umum berlangsung ke segala arah. Pemuaian pada zat padat berlangsung secara dominan sesuai dengan bentuk zat padat tersebut. Misalnya :
- Benda yang berbentuk memanjang seperti batang besi, pemuaiannya berlangsung dominan pada pemuaian panjang.
- Benda yang berbentuk kepingan seperti koin, pemuaiannya berlangsung dominan pada pemuaian luas.
- Benda yang memiliki ruang, pemuaiannya berlangsung dominan pada pemuaian volume.
Sehingga pemuaian pada zat padat dapat dikategorikan menjadi 3 yaitu : pemuaian panjang, pemuaian luas, dan pemuaian volume.
Pemuaian Panjang
Pemuaian panjang suatu benda dipengaruhi oleh :
- Panjang mula-mula benda (L₀)
- Perubahan suhu (∆T)
- Koefisien muai panjang benda (α)
Koefisien muai panjang adalah pertambahan panjang setiap satuan panjang ketika suhunya dinaikkan sebesar 1°C. Besar koefisien muai panjang benda tergantung pada jenis benda, karena setiap benda memiliki nilai koefisien yang berbeda. Perhatikan tabel berikut :
| No | Zat | α (/°C) |
|---|---|---|
| 1 | Aluminium | 2,4 × 10¯⁵ |
| 2 | Kuningan | 1,9 × 10¯⁵ |
| 3 | Besi | 1,2 × 10¯⁵ |
| 4 | Kaca | 0,9 × 10¯⁵ |
| 5 | Pyrex | 0,3 × 10¯⁵ |
| 6 | Baja | 1,1 × 10¯⁵ |
| 7 | Tembaga | 1,7 × 10¯⁵ |
Perhatikan contoh sebuah benda yang dipanaskan dari suhu T₁ hingga T₂ berikut:
Pertambahan panjang suatu benda ketika dipanaskan dirumuskan :
∆L = α · Lo · ∆T
Untuk menentukan panjang akhir :
- Lt = Lo + ∆L
- Lt = Lo + α · Lo · ∆T
- Lt = Lo ( 1 + α · ∆T)
Keterangan :
- ∆L = pertambahan panjang (m)
- α = koefisien muai panjang (/°C)
- Lo = panjang mula-mula (m)
- ∆T = perubahan suhu (°C)
- Lt = panjang akhir (m)
Salah satu alat yang digunakan untuk menyelidiki muai panjang pada suatu zat padat adalah Musschenbroek.
Sebuah kawat terbuat dari aluminium pada suhu 25°C panjangnya 20 cm. Jika kawat tersebut dipanaskan hingga suhunya 75°C, tentukan :
- pertambahan panjang kawat
- panjang kawat tersebut pada suhu 75°C
Pemuaian Luas
Pemuaian luas adalah pemuaian panjang yang ditinjau dari dua dimensi. Misalnya pada benda lempengan yang berbentuk persegi panjang pemuaiannya berlangsung pada bagian sisi panjang dan sisi lebarnya. Sehingga besar keofisien muai luas suatu benda (β) dengan metode pendekatan ini nilainya adalah hampir sama dengan dua kali koefisien muai panjangnya (α) atau β = 2α.
Persamaan pertambahan luas :
∆A = β · Ao · ∆T
Untuk menentukan luas akhir :
- At = Ao + ∆L
- At = Ao + β · Lo · ∆T
- At = Ao ( 1 + β · ∆T)
Keterangan :
- ∆A = pertambahan luas (m²)
- β = koefisien muai luas (/°C)
- Ao = luas mula-mula (m²)
- ∆T = perubahan suhu (°C)
- At = luas akhir (m²)
Sebuah pelat besi pada suhu 25°C memiliki luas 50 m². Jika plat besi dipanaskan hingga suhunya 65°C, tentukan :
- pertambahan luas plat besi
- luas plat besi setelah dipanaskan
Pemuaian Volume
Pemuaian volume zat padat terjadi pada benda yang memiliki ruang. Koefisien muai volume pada zat padat (γ) nilainya hampir sama dengan tiga kali koefisien muai panjangnya (α) atau γ = 3α.
Persamaan pertambahan volume :
∆V = γ · Vo · ∆T
Untuk menentukan volume akhir :
- Vt = Vo + ∆L
- Vt = Vo + γ · Lo · ∆T
- Vt = Vo ( 1 + γ · ∆T)
Keterangan :
- ∆V = pertambahan volume (m³)
- γ = koefisien muai ruang (/°C)
- Vo = volume mula-mula (m³)
- ∆T = perubahan suhu (°C)
- Vt = volume akhir (m³)
Sebuah kubus pejal terbuat dari baja, pada suhu 25°C memiliki volume 100 m³. Jika kubus tersebut dipanaskan hingga suhunya 50°C, tentukan :
- pertambahan volume kubus
- volume kubus setelah dipanaskan
Pemuaian pada Zat Cair
Pemuaian yang terjadi pada zat cair yaitu hanya pemuaian volume saja. Secara umum jika zat cair dipanaskan maka akan bertambah volumenya. Namun khusus air dalam pemuaiannya mengalami anomali, yakni pada suhu 0°C sampai 4°C volumenya tidak bertambah melainkan menyusut. Pada suhu 4°C air memiliki volume terendah.
Pada kenaikan suhu yang sama pertambahan volume zat cair memiliki nilai lebih besar dibandingkan dengan pertambahan volume zat padat. Hal ini dapat dibuktikan ketika wadah panci berisi air penuh kemudian dipanaskan sampai suhu tertentu, air akan meluber dari wadah panci. Koefisien muai volume zat cair memiliki nilai yang berbeda-beda tergantung jenis zat cairnya. Perhatikan tabel berikut :
| No | Zat | γ (/°C) |
|---|---|---|
| 1 | Air raksa | 1,8 × 10¯⁴ |
| 2 | Air | 2,1 × 10¯⁴ |
| 3 | Bensin | 9,5 × 10¯⁴ |
| 4 | Alkohol | 1,2 × 10¯³ |
| 5 | Aseton | 1,5 × 10¯³ |
Alat yang digunakan untuk menyelidiki pemuaian pada zat cair adalah labu didih.
Persamaan pertambahan volume zat cair :
∆V = γ · Vo · ∆T
Sebuah panci yang terbuat dari aluminium berisi air penuh dengan volume 5 liter. Panci berisi air tersebut dipanaskan hingga mengalami perubahan suhu sebesar 60°C. Tentukanlah volume air yang tumpah dari panci tersebut!
Pemuaian pada Zat Gas
Pemuaian pada zat gas hanya terjadi pemuaian volume saja. Alat yang digunakan untuk menyelidiki pemuaian gas yaitu dilatometer. Nilai koefisien muai volume gas yaitu 1/273 °C atau 0,003663/°C, berlaku untuk semua jenis gas.
Persamaan pertambahan volume zat gas :
∆V = γ · Vo · ∆T
Suatu gas volumenya 3 m³, tekanannya 1 atm pada suhu 0°C. Gas tersebut dipanaskan pada tekanan tetap, sehingga suhunya menjadi 91°C. Tentukan :
- pertambahan volume gas
- volume gas setelah dipanaskan pada suhu 91°C
Pemuaian gas dibedakan menjadi tiga macam, memerhatikan variabel suhu, tekanan, dan volume :
- Pemuaian gas pada suhu tetap (Isotermik)
-
Pemuaian gas pada suhu tetap berlaku hukum Boyle,
"Gas dalam ruang tertutup yang suhunya dijaga tetap, hasil kali tekanan dan volumenya tetap." P1 · V1 = P2 · V2
- Pemuaian gas pada tekanan tetap (Isobarik)
-
Pemuaian gas pada tekanan tetap berlaku hukum Gay Lussac,
"Gas di dalam ruang tertutup dengan tekanan dijaga tetap, volume gas sebanding dengan suhu mutlak gas."
- Pemuaian gas pada volume tetap (Isokhorik)
-
Pemuaian gas pada volume tetap berlaku hukum Boyle-Gay Lussac,
"Jika volume gas di dalam ruang tertutup dijaga tetap, tekanan gas sebanding dengan suhu mutlaknya. "
Rumus Gabungan Boyle-Gay Lussac
Keterangan :
- V = volume (m³)
- P = tekanan (atm)
- T = suhu (K)
Contoh Pemanfaatan Pemuaian dalam Kehidupan Sehari-hari
- Pemasangan sambungan rel kereta api
-
Pada penyambungan rel kereta api disediakan celah antara satu batang rel dengan batang rel lainnya. Celah tersebut berfungsi memberi ruang batang rel ketika terjadi pertambahan panjang pada siang hari yang terik. Sehingga desakan antar batang rel dapat dihindari. Desakan antar batang rel karena pemuaian bisa menyebabkan jalur rel kereta api melengkung.
- Pemasangan kabel listrik dan telepon
-
Kabel listrik atau telepon dipasang kendur antara satu tiang ke tiang lainnya. Pemasangan kabel tersebut bertujuan untuk menghindari kabel putus saat terjadi penyusutan pada malam hari atau saat suhu lingkungan rendah.
- Bimetal
-
Bimetal adalah dua keping logam yang dikeling (dijadikan satu) dengan koefisien muai panjang berbeda. Ketika bimetal dipanaskan atau didinginkan bimetal akan melengkung karena pertambahan panjang yang berbeda.
Bimetal dimanfaatkan sebagai termostat atau saklar otomatis untuk mengatur suhu. Contoh alat yang memanfaatkan bimetal diantaranya seterika, rice cooker, bel listrik, dan alarm kebakaran.
Contoh lain pemanfaatan pemuaian di lingkungan sekitar kita : pemasangan kaca jendela, pengelingan, dan pemasangan bingkai besi pada roda pedati.
Soal Latihan
Pilihlah salah satu jawaban berikut yang paling tepat!
- Ketika seorang siswa menuangkan air panas ke dalam gelas kaca, sesaat kemudian gelas tersebut retak dan pecah. Pecahnya gelas tersebut dikarenakan ....
- koefisien muai kaca sebagai bahan gelas sangat kecil sehingga mudah pecah
- koefisien mua kaca sangat besar sehingga gelas cepat memuai sehingga pecah
- koefisien muai ruang air lebih besar daripada koefisien muai ruang gelas sehingga gelas pecah
- bagian sisi dalam gelas kaca memuai terlebih dahulu dibandingkan bagian sisi luarnya
- Pernyataan berikut yang menunjukkan bahwa pemuaian zat cair lebih besar dibandingkan dari pemuian zat padat adalah ....
- Air yang dipanaskan secara terus menerus dapat tumpah dari wadahnya
- Zat cair dapat membeku dan mencair
- Air jika dipanaskan dari suhu 0°C hingga 4°C volumenya akan menyusut
- Titik didih air turun ketika dilakukan pada tempat yang memiliki tekanan udara lebih rendah
- Sebuah besi panjang mula-mula 20 cm, dipanaskan dari suhu 0°C sampai 100°C. Panjang akhir batang besi 20,024 cm. Koefesien muai panjang besi adalah ….
- 0,0012/°C
- 0,00012/°C
- 0,000012/°C
- 0,0000012/°C
- Bola logam R dan cincin logam S pada gambar berikut pada suhu sama memiliki diameter yang sama.
- besi dan kuningan
- baja dan kuningan
- kuningan dan aluminium
- besi dan baja
Ketika kedua logam dipanasakan hingga suhu keduanya sama, ternyata logam R tidak dapat masuk ke dalam cincin S. Berdasarkan data koefesien muai panjang logam berikut:
| Logam | α(/℃) |
|---|---|
| Kuningan | 2,4 . 10¯⁵ |
| Besi | 1,2 . 10¯⁵ |
| Baja | 1,1 . 10¯⁵ |
| Aluminium | 2,7 . 10¯⁵ |
Bahan yang benar untuk bola R dan cincin S adalah ....
- Gambar berikut menunjukkan panjang beberapa logam sebelum dipanaskan dan sesudah dipanaskan.
- tembaga, aluminium, besi, nikelin
- nikelin, aluminium, tembaga, besi
- besi, tembaga, nikelin, aluminium
- besi, aluminium, nikelin, tembaga
Berdasarkan tabel pemuaian logam berikut, 1-2-3-4 adalah ....
| Logam | α(/℃) |
|---|---|
| Tembaga | 1,7 . 10¯⁵ |
| Aluminium | 2,7 . 10¯⁵ |
| Besi | 1,2 . 10¯⁵ |
| Nikelin | 1,5 . 10¯⁵ |
- Perhatikan gambar berikut!
- P, Q, R
- Q, P, R
- Q, R, P
- R, Q, P
| Logam | α(/℃) |
|---|---|
| baja | 1,1 . 10¯⁵ |
| tembaga | 1,7 . 10¯⁵ |
| Aluminium | 2,4 . 10¯⁵ |
Berdasarkan ilustrasi percobaan dan data koefisien muai panjang logam, yang menunjukkan batang baja, tembaga, dan aluminium yang benar secara berurutan adalah ....
- Lempengan logam dari bahan tembaga (α = 1,7 × 10¯⁵ /°C) mempunyai luas 1 m² pada suhu 27°C. Jika logam tersebut dibakar dalam tungku hingga suhunya 177°C, maka luas logam saat mencapai suhu tersebut adalah ….
- 1,00510 m²
- 1,00255 m²
- 1,0510 m²
- 1,0255 m²
- Volume kaca mula-mula 200 cm³. Jika kaca dipanaskan dari suhu 20°C sampai 70°C dan koefisien muai panjang kaca 0,000009/°C maka volume akhir kaca adalah ….
- 200,09 cm³
- 200,18 cm³
- 200,27 cm³
- 200,90 cm³
- Sebuah balok logam dengan koefisien muai panjang 0,000025/°C saat suhunya 68 °F dengan ukuran seperti pada gambar berikut ini :
- 10075
- 10007,5
- 10000,75
- 100000,075
Balok logam tersebut dipanaskan sehingga suhunya menjadi 248°F. Maka besar volume balok tersebut menjadi ... cm³.
- Pada suhu 25°C sebuah wadah terbuat dari kaca berisi penuh cairan aseton yang volumenya 500 cm³. Jika koefisien muai panjang kaca dan koefisien muai volume aseton secara berturut-turut adalah 0,000009/°C dan 0,0015/°C, volume cairan yang tumpah pada suhu 75°C adalah ....
- 364,825 cm³
- 374,325 cm³
- 374,500 cm³
- 384,275 cm³
- Suatu gas volumenya 14 m³, tekanannya 1 atm pada suhu 0°C. Gas tersebut dipanaskan pada tekanan tetap, sehingga suhunya menjadi 39°C. Volume gas pada suhu tersebut adalah ....
- 14,2 m³
- 15 m³
- 16 m³
- 18 m³
- Gas dalam ruang tertutup sebanyak 10 L, suhunya diubah menjadi dua kali semula pada tekanan yang sama. Volume akhir gas menjadi ....
- 5 L
- 15 L
- 20 L
- 30 L
- Sejumlah gas dalam ruang tertutup pada saat volumenya 10 cm³, tekanannya 2 atm. Jika gas ditekan secara perlahan-lahan sehingga tekanannya menjadi 2,5 atm tanpa mengalami perubahan suhu maka volumenya menjadi ....
- 6 cm³
- 8 cm³
- 10 cm³
- 12 cm³
- Gas dalam ruang tertutup dengan tekanan 2 atm bersuhu 27°C. Jika suhunya dinaikan menjadi 177°C dalam volume tetap, tentukan tekanan gas tersebut!
- 2,5 atm
- 3 atm
- 4 atm
- 4,5 atm
- Perhatikan bimetal berikut!
- Koefisien muai panjang logam 1 lebih besar dari koefisien muai panjang benda 2
- Koefisien muai panjang logam 2 lebih besar dari koefisien muai panjang benda 1
- Koefisien muai panjang logam 1 sama besar dengan koefisien muai panjang benda 2
- Koefisien muai panjang logam 1 dan logam 2 tidak dapat ditentukan nilainya mana yang lebih besar atau lebih kecil
Pernyataan yang benar berkaitan gambar di atas adalah ....
Soal Latihan OSK
Pilihlah salah satu jawaban berikut yang paling tepat!
- Bimetal pada suhu kamar tampak seperti gambar di samping ini. Jika koefesien muai panjang bagian A lebih besar dari koefesien muai panjang bagian B, maka batang bimetal itu ....
- melengkung ke bawah jika suhunya diturunkan dan melengkung ke atas jika suhunya dinaikkan
- melengkung ke bawah jika suhunya dinaikkan dan melengkung ke atas jika suhunya diturunkan
- melengkung ke bawah jika suhunya diturunkan
- melengkung ke atas jika suhunya dinaikkan
- Batang logam pejal A dengan luas permukaan lingkarannya 10 mm², akan dimasukkan ke dalam logam B berbentuk tabung dengan luas permukaan ronggga 9,998 mm². Jika koefesien muai luas logam tersebut 0,000012/°C, maka logam B tersebut harus dipanaskan hingga kenaikan suhu sebesar ....
- 150,8 °C
- 112,5 °C
- 97,3 °C
- 83,3 °C
- Diketahui bahwa koefisien muai panjang kaca biasa dan kaca pvrex berturut-turut adalah 9 x l0-6 /°C dan 3,2 x 10-6 /°C. Dua buah batang masing-masing rerbuat dari kaca biasa dan kaca pvrex, dipanaskan hingga mengalami kenaikan temperatur vang sama. Jika keduanya mengalami pertambahan panjang yang sama pula, berarti perbandingan panjang batang kaca biasa terhadap panjang kaca pvrex mula-mula adalah ... .
- (1/3,2) : (1/9)
- (1/9) : (1/3,2)
- 9 : 3,2
- 1 : 1
- Dua buah tabung berukuran sama masing-masing terbuat dari alumunium dan besi. Koefisien muai aluminium lebih besar dari besi. Keduanva dialiri uap sehingga mengalami kenaikan temperatur yang sama. Tabung yang menjadi lebih panjang adalah tabung terbuat dari ... .
- besi
- tidak berbeda
- aluminium
- tidak ada yang mengalami pertambahan panjang
- Perhatikan gambar sebuah bimetal pada suhu 26°C berikut!
- (1) dan (2)
- (1) dan (4)
- (2) dan (3)
- (3) dan (4)
Ketika bimetal tersebut dinaikkan suhunya menjadi 50°C, peristiwa yang terjadi sebagai berikut :
| No | Bimetal membengkok | Karena koefisien muai panjang logam (α) |
|---|---|---|
| 1 | ke arah logam (a) | Iebih besar dari koefisian muai panjang logam (b) |
| 2 | ke arah logam (b) | Iebih besar dari koefisian muai panjang logam (b) |
| 3 | ke arah logam (a) | Iebih kecil dari koefisian muai panjang logam (b) | 4 | ke arah logam (b) | Iebih kecil dari koefisian muai panjang logam (b) |
- Dua buah batang mula-mula masing-masing panjangnya 10 m. Kedua batang tersebut terbuat dari baja dan aluminium dengan koefisien muai panjang berturut-turut 11×10-6/°C dan 24×10-6/°C. Setelah kenaikan temperatur sebesar 40°C panjang batang baja dan aluminium berturut-turut menjadi ....
- 10,044 m dan 10,096 m
- 10,044 m dan 10,0096 m
- 10,096 m dan 10,044 m
- 10,0096 m dan 10,0044 m
- Sebatang logam dengan koefisien muai panjang α mempunyai panjang ℓ pada suhu 25°C. Jika dipanaskan menjadi 30° C, ia mengalami pertambahan panjang ∆ℓ. Jika logam tersebut dipotong menjadi 1/3 panjang semula, maka pertambahan panjangnya ketika dipanaskan sampai suhunya menjadi 35°C adalah ... .
- 2/3 ∆ℓ
- 3/2 ∆ℓ
- 5/3 ∆ℓ
- 5/2 ∆ℓ
- Pada temperatur 20°C, panjang sebuah batang alumunium 200 cm. Jika dipanaskan sampai temperatur 100°C panjangnya bertambah 0,00384 m. Jika pada temperatur 20°C terdapat sebuah bola terbuat dari bahan aluminium yang sama, maka agar volume bola itu bertambah 1% dari volume semula, bola tersebut harus dipanaskan hingga temperatur ....
- 139°C
- 159°C
- 208°C
- 228°C
- Sebuah plat logam berbentuk lingkaran memiliki lubang lingkaran konsentris (sepusat) di tengahnya. Apabila plat tersebut dipanaskan maka ....
- diameter plat membesar dan diameter lubang mengecil
- diameter plat mengecil dan diameter lubang membesar
- diameter plat membesar dan diameter lubang membesar
- diameter plat mengecil dan diameter lubang mengecil
- Pada gambar berikut ini tampak adanya celah sambungan antara dua rel kereta api yang terbuat dari besi. Celah itu dimaksudkan agar ....
- gaya gesekan ketika dilalui kereta api semakin kecil
- getaran ketika dilewati kereta api semakin kecil
- rel kereta api tidak melengkung pada saat besi memuai
- rel kereta api tidak melengkung pada saat dilewati kereta api
- Sebuah seterika listrik dilengkapi dengan termostat sehingga secara otomatis arus terputus ketika setrika mencapai suhu tertentu. Kenaikan suhu seterika, membuat =posisi bimetal melengkung seperti pada gambar. Hal ini terjadi karena ….
- kalor jenis logam (B) lebih besar daripada kalor jenis logam (A)
- kalor jenis logam (B) lebih kecil dairpada kalor jenis logam (A)
- koefisien muai panjang logam (B) lebih besar dari koefisien muai panjang (A)
- koefisien muai panjang logam (B) lebih kecil daripada koefisien muai panjang (A)
- Sepasang kerangka kaca mata terbuat dari bahan plastik yang memiliki koefisien muai panjang 1,3×10-4/°C . Lubang tempat lensanya berbentuk lingkaran dengan jari-jari 2,2 cm. Agar lubang-lubang tempat lensa itu dapat dipasangi lensa berjari 2,21 cm, kerangka kaca-mata tersebut harus dipanaskan sampai mengalami perubahan suhu sebesar ... .
- 25°C
- 35°C
- 45°C
- 55°C
---------------o0o---------------
No comments:
Post a Comment