PEMUAIAN ZAT CAIR DAN ANOMALI AIRAbdurrohman (140310130008)

Program Studi FISIKA FMIPA Universitas PadjadjaranRabu, 19 November 2014

Asisten : Sinthia Rahmanita

Abstrak

Pemuaian adalah perubahan suatu benda yang dapat bertambah panjang, lebar, luas atau volumenya karena terkena panas, Percobaan Pemuaian zat cair dan anomali air ini bertujuan untuk mengetahui cara pengukuran volume zat cair dan untuk memahami sifat anomali air. Suatu benda atau zat akan mengalami penyusutan jika didinginkan dan mengalami pemuaian jika dipanaskan, tetapi tidak bagi air saat berada di selang suhu 00 – 40C dimana pada rentang suhu ini volume air menyusut ketika pemuaian sehingga koefisien muai volume dari air menjadi negatif dan rapat massa air mencapai maksimum zat cair tersebut mengalami sifat ketidakteraturan yang disebut dengan sifat anomali air. Di dalam percobaan ini akan dilihat ketinggian air saat penaikan maupun penurunan temperature, yang kemudian akan dihitung

koefisien muai volumenya dengan rumus α ¿∆ V

V × ∆ T≅ ∆ h

h×∆ T.

Kata Kunci : Pemuaian, anomali air, dan koefisien muai volume

I. Pendahuluan

Sebagian besar zat akan memuai jika dipanaskan(menerima energi kalor) dan menyusut jika didinginkan (melepas energi kalor). Pemuaian zat adalah peristiwa meregangnya partikel-partikel penyusun yang ada pada suatu zat yang menyebabkan berubahnya bentuk fisis dari zat tersebut. Saat pemuaian besarnya perubahan substansi suatu zat sebanding deengan kenaikan suhu dari zat tersebut.Hal tersebut juga berlaku pada air, namun ketika pada interval suhu 0-4 oC, terjadi keanehan pada air dimana pada rentang ini volume air menyusut dan rapat massanya mencapai maksimum. Pada percobaan ini bertujuan untuk memahami cara pengukuran volume zat cair dan untuk memahami sifat anomali air.

II. Teori Dasar1. Pengertian Suhu (temperature)

Suhu merupakan suatu istilah yang dipakai untuk membedakan panas dinginnya suatu benda. Misalnya benda panas dikatakan mempunyai suhu tinggi dan benda dingin mempunyai suhu dingin. Skala yang digunakan dalam pengukuran temperature adalah kelvin, celcius, reamur dan fahrenheit.[1]

2. Pemuaian zatPemuaian merupakan

peristiwa merenggangnya partikel-partikel penyusun yang berada di dalam suatu benda yang menyebabkan berubahnya bentuk fisis benda tersebut. Pemuaian ini berlaku untuk setiap benda yang mendapatkan energi atau transfer energi dari luar. Jika suatu benda dipanaskan maka molekul-molekul itu bergetar semakin cepat. Getaran antar molekul –molekul itu bergetar semakin cepat. Getaran antar molekul tersebut menyebabkan antar molekul saling dorong dan jarak antar moekul semakin lebar sehingga memerlukan ruang yang lebih besar. Dalam hal ini benda dikatakan memuai. Sebaliknya jika suatu didinginkan maka getaran molekulnya lebih lambat. Akibatnya, gaya tarik antarmolekulnya lebih besar sehingga jarak antarmolekulnya menjadi kecil. Dalam keadaan seperti itu benda cenderung menjadi menyusut.

Setiap zat akan mengalami perubahan fisis jika zat tersebut diberikan energi kalor ( dipanaskan), besarnya perubahan substansi atau

materi dari zat tersebut sebanding dengan kenaikan suhu dari zat tersebut. Jika ada sebuah batang dengan panjang L0 dan suhu awal T0 . ketika dipanaskan, panjang dari batang tersebut akan mengalami perubahan dari panjang semula.

gambar diatas menerangkan panjang awal batang adalah L0, dan suhu awal batang T0. Ketika dipanaskan panjang batang tersebut berubah dan memiliki panjang L dan suhu T. Penambahan panjang dari dari sebelumnya yaitu ΔL dan perubahan suhu yaitu ΔT, secara matematis dapat dituliskan:

L = L - L0

dan T = T - T0

Sehingga didapatkan

L = L0 T

Dimana α adalah konstanta, yang nilainya berbeda-beda pada setiap materi dan dinamakan koefisien ekspansi linier (coefficient of linier expansion). Koefisien dapat ditulis:

Dan kita dapat pula menghitung panjang akhir setelah pemuaian

L = L0 (1+αT)

Peningkatan temperatur juga dapat menimbulkan pemuaian volume, baik pada zat padat maupun cair.

Seperti halnya pada pemuaian linier (panjang), kenaikan volume dari zat tersebut sebanding dengan kenaikan temperatur zat.

V = V0

T

dimana

V = V - V0

dan T = T - T0

Dimana merupakan konstanta, yang nilainya berbeda-beda pada setiap zaat dan dinamakan koefisien ekspansi volume (coefficient of volume expansion).[2]

3. Anomali air

Anomali air merupakan peristiwa penyimpangan pemuaian atau penyusutan yang terjadi pada air pada rentang suhu 0-4 oC. Dimana pada rentang suhu ini volume air menyusut ketika pemuaian sehingga koefisien muai volume dari air menjadi negatif dan rapat massa air mencapai maksimum. Peristiwa inilah yang menyebabkan dimana air danau lebih dulu membeku dipermukaan daripada air yang ada dibawah permukaan.[3]

III. Percobaan

Metode eksperimen

Menyusun peralatan anomali air seperti gambar di atas kemudian tabung diisi air hingga penuh melalui corong, dan kunci

α= 1L

XΔLΔT

buretnya, nyalakan temperatur digitalnya dan isi kotak pendingin dengan es, temperature akan turun hingga 170C, setelah itu catat ketinggian airnya setiap penurunan suhu 0,20C. setelah itu keluarkan es yang ada di dalam kotak pendingin dan keringkan kotak tersebut, catat suhu awal dan ketinggian awal percobaan kedua tersebut kemudian catat perubahan ketinggian setiap penaikan suhu 0,20C.

IV. Data dan Analisa

Data hasil percobaan

Penaikan suhu

Penurunan suhu

Grafik Percobaan

Analisa

Dari percobaan ini didapat beberapa data berupa perubahan suhu dan ketinggian air, kemudian menghitung koefisien muai volume setiap kenaikan atau penurunan suhu untuk mengetahui pemuaian volume zat cair. Dari harga koefisien yang didapat dapat kita lihat bahwa harga koefisien bergantung pada perubahan suhu, ketinggian awal dan perubahan ketinggian air sehingga didapat harga koefisien yang berbeda-beda setiap perubahan suhunya baik saat penaikan ataupun penurunan suhu. Saat proses pendinginan/penurunan suhu ketinggian air mengalami penyusutan akan tetapi saat di selang 4oC mengalami pemuaian hal tersebut dinamakan dengan peristiwa anomaly air, sedangkan saat percobaan penaikan suhu tidak terjadi peristiwa anomali air karena suhu awalnya dimulai dari 4oC, yang seharusnya saat proses pemanasan/penaikan suhu akan mengalami pemuaian kecuali saat di suhu 0 – 4oC air akan mengalami penyusutan. Selain itu kita juga menghitung massa air yang dipakai dengan berbagai data massa jenis dan ketinggian air.

Sementara dari grafik yang diperoleh, grafik ketinggian air terhadap suhu dapat dilihat bahwa pada saat penurunan suhu kurva grafik mula-mula fluktuatif, kemudian mengalami penurunan ketinggian seiring dengan penurunan suhunya. Sehingga dapat dikatakan bahwa perubahan suhu dan perubahan tinggi adalah

sebanding. Hal ini karena pada fase ini laju gerak partikel- partikel bertambah besar sehingga terjadi penyusutan. Kemudian pada kisaran suhu 40 C ketinggian kolom airnya naik hal ini dikarenakan pada fase ini air akan memasuki fase anomali air. Tetapi peristiwa anomali air pada percobaan ini terjadi di suhu 4,6oC karena faktor lingkungan, keterbatasan suhu ddan keterbatasan alat sehingga suhu anomali air tidak tepat di 4oC. Sedangkan pada grafik penaikan suhu maka terjadi hal sebaliknya, kurva grafik akan mengalami kenaikan seiring dengan kenaikan suhu. Hal ini karena pada fase ini runtuhnya/ lepasnya kristal struktur terbuka. Dan satu hal mengapa dalam grafik kita menggunakan perbandingan perubahan suhu dan perubahan tinggi (tidak menggunakan perubahan volum), karena pada percobaan perubahan volume yang terjadi sangat kecil, maka yang diamati adalah perubahan ketinggian kolom airnya.

V. Simpulan

Dari hasil percobaan tersebut dapat disimpulkan bahwa koefisien muai volume(ketinggian) air dapat dihitung dan nilainya bergantung pada perubahan suhu, dan volume awal menyebabkan nilainya berbeda-beda setiap perubahan suhu. Sedangkan sifat anomali air dapat dipahami dalam percobaan ini, anomali air pada penurunan suhu ditandai dengan terjadi peningkatan ketinggian air (pemuaian) bukannya terjadi pnsutan. Anomali air pada percobaan ini terjadi di suhu 4,6oC krena faktor lingkungan dan keterbatasan alat sehigga tidak tepat di 4oC.

Daftar Pustaka

[1] Surya, Yohannes.1988. Fisika 1 edisi

kedua.Klaten : PT Intan

[2] Resnick, H. 1985. Fisika Jilid 1 edisi

ketiga. Jakarta: Erlangga

[3] Sears dan Zeamansky. 1982. Fisika

untuk Universitas. Bandung : Rinacipta