Pemuaian zat cair dan anomali air

  • Published on
    16-Jun-2015

  • View
    11.165

  • Download
    18

Embed Size (px)

Transcript

LAPORAN AKHIR PRAKTIKUM FISIKA EKSPERIMEN 1 MODUL-3 Jurusan Fisika,FMIPA Universitas Padjadjaran Senin, 9 November 2009

ABSTRAK Pemuaian merupakan peristiwa merenggangnya partikel-partikel penyusun yang berada di dalam suatu benda yang menyebabkan berubahnya bentuk fisis benda tersebut. Secara fisis pemuaian disebabkan karena suatu benda menerima kalor. Pemuaian ini berlaku untuk setiap benda yang mendapatkan energi atau transfer energi dari luar. Adapun wujud-wujud benda berdasarkan kerapatan molekul-molekul zatnya dibagi kedalam 3 (tiga) golongan, yaitu zat padat, zat cair, dan gas. Dalam praktikum kali ini khusus membahas pemuaian dalam zat cair. Tidak hanya zat padat,zat cairpun juga mengalami pemuaian dan penyusutan. Walaupun sebagian besar zat cair memuai ketika dipanaskan, air memiliki suatu keistimewaan. Keanehan yang terjadi pada air dikenal dengan sebutan anomali air, yang terjadi pada suhu 0 - 4 oC. Mengalami pemuaian volume ketika kalornya dikurangi, dan pengerutan ketika air tersebut diberi kalor. Ketika didinginkan, air menyusut sampai pada 4 oC. Jika kita dinginkan lagi, air justru memuai, sampai suhunya mencapai 0 oC. Ketika berada pada suhu 0 oC, air berubah bentuk menjadi es, yang volumenya lebih besar. Jika es kita dinginkan lagi, ia akan menyusut seperti layaknya zat-zat lain. Karena pada percobaan perubahan volume yang terjadi pasti akan sangat kecil, maka yang diamati adalah perubahan ketinggian kolom airnya.

I. PENDAHULUAN I.1 MOTIVASI Percobaan ini dilakukan untuk mengamati sifat air pada suhu 0C 4C, dimana pada suhu tersebut air akan mengalami keanehan,menyusut ketika dipanaskan dan memuai ketika didinginkan. I.2 LATAR BELAKANG Pemuaian adalah bertambahnya ukuran suatu benda karena pengaruh perubahan suhu atau bertambahnya ukuran suatu benda karena menerima kalor. Pemuaian ini berlaku untuk setiap benda yang mendapatkan energi atau transfer energi dari luar. Suatu zat jika diberi energy kalor (dipanaskan) akan mengalami pemuaian dan jika zat itu melepaskan kalor (didinginkan) akan mengalami penyusutan. Hal tersebut juga berlaku pada zat cair, namun tidak berlaku ketika air berada pada suhu 0C 4C. Pada suhu tersebut air akan mengalami keanehan atau yang disebut sebagai anomali air, menyusut ketika dipanaskan dan memuai ketika didinginkan yang disebut dengan sifat anomali air. I.3 TUJUAN PERCOBAAN

Adapun tujuan melakukan percobaan ini adalah mengetahui cara pengukuran volume zat cair dan memahami sifat anomali air.

II. TEORI DASAR Suatu zat akan mengalami perubahan fisis jika zat tersebut dipanaskan. Dengan beberapa pengecualian, besarnya luas dari semua zat atau substansi meningkat sejalan dengan meningkatnya temperatur zat atau substansi tersebut. Jika kita memberikan contoh sebuah balok atau kabel, maka keduanya akan mengalami perubahan panjang ketika balok atau kabel tersebut dipanaskan. Hal tersebut bisa terjadi karena kalor, maka dinamakan pemuaian. Pemuaian adalah bertambahnya ukuran suatu benda karena pengaruh perubahan suhu atau bertambahnya ukuran suatu benda karena menerima kalor. Pemuaian terjadi ketika zat dipanaskan (menerima kalor), partikelpartikel zat bergetar lebih cepat sehingga saling menjauh dan benda memuai. Sebaliknya, ketika zat didinginkan (melepas kalor) partikel-partikel zat bergetar lebih lemah sehingga saling mendekati dan benda menyusut. Muai panjang berbagai zat padat diselidiki dengan alat Musschenbrock. Dengan alat ini ditemukan bahwa muai panjang zat padat bergantung pada tiga faktor:1. panjang awal (lo) : makin besar panjang awal, maka makin besar muai

panjang2. kenaikan suhu ( T): makin besar kenaikan suhu, maka makin besar muai

panjang 3. jenis bahan. Sekarang perhatikan gambar dibawah ini :

Lo to t L L

Pada gambar diatas menerangkan bahwa L0 adalah panjang suatu balok atau kabel yang pada saat mula-mula memiliki temperatur t0 , lalu balok atau kabel tersebut mengalami pemuaian yang mengakibatkan balok atau kabel tersebut memiliki panjang sebesar L dengan temperatur t. Maka panjang sebelumnya mengalami penambahan sebesar L , dan perubahan temperatur sebesar t, yang secara sistematis dapat ditulis : L = L - L0 dan t = t - t0

Sehingga dapat ditentukan suatu rumus : L = L0 t Dimana merupakan konstanta, yang nilainya berbeda-beda untuk setiap material, dan dinamakan sebagai koefisien ekspansi linear (Coefficient of linear expansion). Konstanta ini dapat ditulis : = L 1 L0 t Koefisien dari ekspansi linear ini dapat digunakan pula untuk menyelesaikan masalah perhitungan panjang setelah pemuaian, yaitu : L = L0 (1 + t)

Sedangkan untuk pemuaian luas dapat diketahui dengan contoh masalah sebagai berikut, yaitu bila sebuah plat dari suatu material dipanaskan, maka panjang dan tebal dari plat itu akan bertambah. Bila menggunakan rumus sebelumnya, yaitu : L = L0 (1 + t) dan b = b0 (1 + t) diamana b merupakan lebar. Sehingga dapat diketahui bahwa luas plat : A0 = L0 b0 Setelah dipanaskan A = Lb = L0 b0 (1 + t) (1 + t) = A0 [ 1 + 2 t + ( t)2 ] Tapi dikarenakan < maka 2 , dan ( t)2 dapat dianggap hilang, dan persamaan dapat ditulis : A = A0 (1 + 2 t) Jika koefisien muai luas disimbolkan maka : A = A0 (1 + t) Jadi dapat disimpulkan bahwa = 2 Sedangkan koefisien muai volume dapat dicari dengan mengambil contoh balok pejal berbentuk parallelepidium tegak. Yang memiliki ukuran L0, W0, dan H0 pada temperatur t0. Lalu dengan demikian didapat : V + V = (L + L) (W + W) (H + H)

= (L + L t) (W + W t) (H + H t) = LWH (1 + t)3 = V [1 + 3 t + 3( t)2 + ( t)3] Sehingga didapat persamaan : V/V = 3 t + 3 ( t)2 + ( t)3 didapat : V = V0 (1 + 3 t) perubahan muai volume suatu benda disimbolkan menjadi A = A0 (1 + t) = 3 , sehingga persamaan

Maka kita dapat mengetahui bahwa

Pemuaian zat cair mengikuti bentuk wadahnya sehingga zat cair hanya mengalami muai volume saja. Muai volume zat cair juga bergantung pada jenis zat cair, yang dinyatakan oleh besaran koefisien muai volumnya. Telah diketahui bersama bahwa kenaikan suhu yang sama, volume alkohol lebih besar daripada muai volume raksa. Termometer raksa menunjukkan bahwa untuk kenaikan suhu yang sama, muai volume zat cair (raksa) lebih besar daripada muai volume zat padat (pipa kapiler dari kaca). Dalam keseharian, jika teko berisi air hampir penuh dipanaskan, maka ketika mendidih sebagian air tumpah dari teko. Apakah anda tahu jika zat cair juga bisa memuai, dan apakah anda tahu mengapa lapisan bawah sungai yang diselimuti es di daerah dingin tidak membeku seperti lapisan atasnya. Zat cair akan mengalami penurunan volume apabila dibekukan terlebih dahulu (0 derajat celcius) untuk kemudian didiamkan sampai berangsur-angsur suhunya naik kembali. Ketika suhu zat cair tersebut mencapai 4 derajat celcius, pemuaian zat cair dimulai.

Pemuaian volume adalah pertambahan ukuran volume suatu benda karena menerima kalor. Pemuaian volume terjadi pada benda yang mempunyai ukuran panjang, lebar dan tebal. Contoh benda yang mempunyai pemuaian volume adalah kubus, air dan udara. Volume merupakan bentuk lain dari panjang dalam 3 dimensi karena itu untuk menentukan koefisien muai volume sama dengan 3 kali koefisien muai panjang. Sebagaimana yang telah dijelskan diatas bahwa khusus gas koefisien muai volumenya sama dengan 1/273 Persamaan yang digunakan untuk menentukan pertambahan volume dan volume akhir suatu benda tidak jauh beda pada perumusan sebelum. Hanya saja beda pada lambangnya saja. Perumusannya adalah sebagai berikut:

Berikut ini adalah table mengenai koefisien muai volume dari benda cair;Koofisien muai

Benda Cair

volume( K-1 atau (Co)-1 )

Karbon disulfide

1150 x 10-6

Ethyl alcohol Bensin Etanol Gliserin Air Air Raksa

1100 x 10-6 950 x 10-6 750 x 10-6 500 x 10-6 210 x 10-6 180 x 10-6

Pernahkah minum teh botol, coca cola botol dan lain sebagainya ? Coba perhatikan botolnya. bandingkan dengan botol bir bintang atau botol anggur orang tua. Kenapa ya, botol coca cola atau botol teh kok lebih tebal dari botol bir bintang atau botol anggur orang tua. Biasanya botol minuman dingin lebih tebal dari botol minuman panas tuh tujuannya untuk apa ya ? bingung-kah ? Sesuai dengan tujuan percobaan ini, kita akan memahami pengertian tentang anomali air. Ada sebuah percobaan sederhana sebagai berikut, siapkan sebuah botol bir bintang atau botol anggur orang tua. Kalau tidak ada, gunakan saja botol lain, asalkan botolnya tidak tebal alias tipis. Di rumah ada kulkas ? coba masukan air ke dalam botol lalu simpan botol di dalam kulkas. Tutup pintu kulkas dan biarkan sampai air yang ada di dalam botol membeku. setelah itu, segera kabur dari rumah biar tidak diomelin ayah atau ibu Botolnya bisa pecah kalau air membeku masa sich ? buktikan saja sendiri kalau tidak percaya Kalau orang mau bikin es batu, biasanya air dibungkus dalam plastik. Sebenarnya ada tujuannya juga, bukan asal bungkus dengan plastik. Plastik tuh elastis (mirip karet), sehingga ketika es batu mengembung, plastik pun ikut2an mengembung Plastik menjadi lebih gemuk setelah air berubah

menjadi es batu. Aneh khan ? seharusnya benda menyusut kalau suhunya berkurang Air kok berperilaku menyimpang. Seperti yang telah dibahas diatas dapat dijelaskan bahwa dalam pokok bahasan pemuaian, kebanyakan benda akan memuai (volume benda bertambah) jika suhunya bertambah dan benda menyusut (volume benda berkurang) ketika suhunya berkurang. Air mau beda sendiri Keanehan air terjadi antara suhu 0 oC sampai 4 oC. Antara suhu 0 oC sampai 4 oC volume air berkurang (air menyusut) seiring bertambahnya suhu. Misalnya jika kita memanaskan air pada suhu 0 oC, semakin panas si air, semakin berkurang volumenya. Proses penyusutan akan terhenti ketika air mencapai suhu 4 oC. Di atas 4 oC, air menjadi benda yang normal lagi. Maksudnya, volumenya akan bertambah (terjadi pemuaian) seiring bertambahnya suhu. Sebaliknya, air akan memuai (volume air bertambah) ketika mendingin dari 4 oC sampai 0 oC. Misalnya air kita masukan ke dalam kulkas. Mula-mula suhu air 30 oC. Ketika dikurung dalam kulkas, air mulai kedinginan (suhu air menurun). Pada saat suhu air menurun, volume air juga berkurang (air mengalami penyusutan). Nah, ketika mencapai suhu 4 oC, air akan memuai (volumenya bertambah). Pemuaian akan terhenti ketika suhunya mencapai 0 oC. Volume air juga semakin bertambah ketika ia membeku menjadi es. Sangat berbeda dengan benda lain yang menyusut (volume benda berkurang) ketika benda semakin dingin. Ingat ya, massa jenis suatu benda akan bertambah ketika benda tersebut menyusut (volume benda berkurang). Sebaliknya, massa jenis benda akan berkurang ketika benda memuai (volume benda bertambah). Ini persamaannya : Massa jenis = massa / volume. Massa benda selalu tetap. Sedangkan volumenya bisa berubah-ubah, tergantung dari suhu. Ketika volume benda berkurang, massa jenisnya akan bertambah. Semakin kecil volume, semakin besar massa jenis benda. Sebaliknya, jika volume benda bertambah, massa jenis benda akan berkurang. Nah, si air khan

cuma bisa menyusut (volume air berkurang) sampai suhu 4 oC. Karenanya, air memiliki massa jenis paling tinggi pada suhu 4 oC. Perhatikan grafik di bawah. Grafik ini menyatakan hubungan antara volume dan suhu air.

Jangan tanya gurumuda, mengapa air kok jadi aneh seperti itu. Anggap saja ini takdir Seandainya antara 0 oC sampai 4oC air tidak berperilaku menyimpang, makhluk hidup yang tinggal di bawah air akan punah ketika musim dingin tiba. Masa sich ? Ketika musim dingin tiba, udara akan kedinginan (suhu udara menurun). Karena permukaan air danau atau air sungai juga bersentuhan dengan udara, maka air yang ada di permukaan sungai atau danau juga ikut2an kedinginan. Karena suhu air menurun, maka volume air juga berkurang. Karena volume air berkurang, maka massa jenis air bertambah. Air yang ada di permukaan memiliki massa jenis yang lebih besar daripada temannya yag ada di sebelah bawah. Akibatnya, si air yang ada di permukaan terjun bebas ke dasar. Temannya yang ada di sebelah bawah segera meluncur ke atas, menggantikan posisi si air yang tenggelam tadi. Ikan2 yang ada di dasar pada stress kok tiba2 jadi dingin. Karena kedinginan, ikan2 pun

berpelukan musim dingin tiba, ikan2 makin romantis saja Proses ini terjadi sampai suhu air mencapai 4 oC. Ingat ya, air menyusut (volume air berkurang) hanya sampai 4 oC. Karenanya, air memiliki massa jenis paling tinggi pada suhu 4 oC. Ketika suhu air di permukaan sungai atau danau lebih kecil dari 4 oC, air yang ada di permukaan memuai (volumenya bertambah). Akibatnya, massa jenis air yang ada di permukaan menjadi kecil. Karena massa jenis air yang ada di permukaan lebih kecil dari massa jenis air yang ada di sebelah bawah, maka air yang ada di permukaan tidak bisa terjun bebas lagi ke bawah. Air yang ada di permukaan tetap berada di atas dan akan membeku duluan seiring dengan menurunnya suhu Jika suhu udara semakin rendah, temannya yang ada di sebelah bawah ikut2an membeku. Demikian seterusnya jadi urutan perbekuan dimulai dari atas Air yang ada di dasar danau atau dasar sungai biasanya tidak membeku, karena suhu tidak sangat dingin. Kecuali kalau di kutub utara atau selatan, semuanya pasti membeku. Karena air yang ada di dasar tidak mendapat jatah es batu, maka ikan2 selamat dari malapetaka musim dingin. Mereka berpelukan ria di dasar sungai atau danau kata ikan, biar kedinginan asal tidak kejepit es batu .

Pada anomali air, ketika air pada suhu antara 0 4 0 C memiliki suatu keganjilan. Dalam daerah yang bersuhu seperti itu volum air berkurang dengan naiknya suhu, jadi kebalikan dari sifat zat pada umumya. Dengan artian antara 0 40 C angka muai itu negatif, diatas 40 C air akan mengembang. Karena volum suatu massa air 40 C lebih kecil dari pada suhu lainnya, maka rapat air pada suhu 40 C itu maksimum. Walaupun sebagian besar zat cair memuai ketika dipanaskan, air memiliki suatu keistimewaan. Ketika didinginkan, air menyusut sampai pada 4 oC. Jika kita dinginkan lagi, air justru memuai, sampai suhunya mencapai 0o

C. Ketika berada pada suhu 0 oC, air berubah bentuk menjadi es, yang

volumenya lebih besar. Jika es kita dinginkan lagi, ia akan menyusut seperti layaknya zat-zat lain. Sifat air yang seperti ini disebut sebagai anomali air. Air mempunyai massa jenis maksimum pada suhu 4C , sedangkan pada umumnya zat cair lain mempunyai massa jenis maksimum pada titik bekunya. Massa jenis air adalah 1000gr/cm3 ,Pada semua temperatur lain kerapatannya adalah lebih kecil. Di atas 4C, air memuai sewaktu temperatur naik, tetapi tidak secara linear, akan tetapi sewaktu temperatur diturunkan dari 4C ke 0C maka air akan memuai tidak menyusut. Pemuaian seperti itu dengan temperatur semakin berkurang tidaklah diamati dalam setiap cairan yang lazim: pemuaian tersebut diamati dalam zat-zat yang meyerupai karet dan di dalam benda padat, yang berbentuk kristal, pada temperatur-temperatur yang terhingga. Keanehan yang dialami air ini, disebabkan sebagai beriku...

Recommended

View more >