Pemuaian zat dan pemanfaatannya

1. Menyimpulkan hasil percobaan proses pemuaian pada zat padat, cair dan gas

2. menyusun rencana percobaan sederhana untuk menunjukkan pemuaian zat cair

3. Menunjukkan prinsip pemuaian dalam bimetal

TUJUAN DARI BAB INI SISWA DAPAT

APA ITU PEMUAIAN?

Pemuaian zat padat ada tiga macam yaitu1. Muai panjang2. Muai luas3. Muai volume

PEMUAIAN adalah bertambah panjang, luas, atau volume suatu benda karena mendapat kalor (panas). Besarnya pemuaian tiap zat berbeda-beda, tergantung jenis benda dan besarnya kalor yang diterima

Pemuaian zat padat

Muai panjang Pemuaian pada benda sebenarnya terjadi kesegala arah yaitu, panjang, luas dan volume. namun jika benda padat yang memiliki luas penampang yang sangat kecil, maka pemuaian terjadi hanya pada muai panjangnya saja dan alat untuk mengetahuinya disebut Musschenbroek.

No Jenis zat Koefisien Muai panjang (/oC)

1 Alumunium 0,000026 26.10-6

2 Baja 0,000011 11. 10-6

3 Besi 0,000012 12. 10-6

4 Emas 0,000014 14.10-6

5 Kaca 0,000009 9. 10-6

6 Kuningan 0,000018 18. 10-6

7 Tembaga 0,000017 17. 10-6

8 Platina 0,000009 9. 10-6

9 Timah 0,00003 3. 10-5

10 Seng 0,000029 29. 10-6

11 Pyrex 0,000003 3. 10-6

12 Perak 0,00002 3. 10-5

Tabel koefisien muai panjang

1. Panjang awal2. Koefisien muai panjang (jenis bahan)3. Kenaikan suhu

Faktor-faktor yang mempengaruhi pertambahan panjang benda pada saat memuai

Secara matematis dapat dirumuskan sebagai berikut

Contoh SoalPada suhu 15oC panjang kawat adalah 70 m, jika koefisien muai panjangnya 0,00001/oC dan suhunya menjadi 70oC, berapakah:1. Panjang kawat kemudian2. Pertambahan panjang kawat

Penyelesaian DiketahuiT0 = 15oCL0 = 70 mα = 0,00001/oCT1 = 70oCDitanya?L1 dan ΔL?

JawabL1 =L0 (1+ α(T1 – T0))L1 = 70 (1 + 0,00001 (70-15))L1 = 70 (1 + 0,00001 (55))L1 = 70 (1 + 0,00055)L1 = 70 . 1,00055 = 70,0385 m

ΔL = L2 - L1 = 70,0385 m – 70 mΔL = 0,0385 m

Soal 1. Sebatang kawat alumunium yang memiliki panjang mula-mula

40 cm dipanaskan dari suhu 30oC sampai 80oC. Jika koefisien muai panjang alumunium sebesar 0,000026/oC, berapakah pertambahan alumunium itu?

2. Sebuah kawat tembaga dipanaskan dari suhu 25oC sampai 75oC. Jika panjang kawat tembaga mula-mula 100 cm dan koefisien muai panjang logam tembaga sebesar 0,000017/oC, berapakah panjang kawat tembaga itu saat suhunya 75oC?

3. Sebatang kawat baja pada suhu awal 40oC memiliki panjang mula-mula sebesar 100 cm. jika koefisien muai panjang 0,000011/oC, kawat baja itu dapat mengalami pertambahan panjang sebesar 0,022 cm, maka berapakah suhu akhir kawat baja tersebut?

4. Besi dengan panjang 1 m dipanaskan dari suhu 20oC sampai 220oC. Jika koefisien muai panjang besi 0,000012/oC, berapakah pertambahan panjang besi dan panjang besi pada suhu 220oC?

Muai Luas

Benda padat yang mempunyai luasan bidang jika dipanaskan secara merata maka pemuaiannya meliputi seluruh permukaan luasan bidang tersebut dengan koefisien muai luas sebesar β.

Koefisien muai luas (β) adalah perbandingan pertambahan luas dengan luas mula-mula setiap kenaikan suhu 1oC. Dimana

Secara matematis

Contoh soal

Suatu plat aluminium berbentuk persegi dengan panjang sisi 20 cm pada suhu 25°C. Koefisien muai panjang aluminium 0,000012 /°C. Tentukan pertambahan luas plat tersebut jika dipanasi hingga suhu 125°C?oA

PenyelesaianDiketahui :So = 20 cm∆T = 125 – 25∆T =100°Cα = 0,000012 /°C

Ditanya : ∆A = ?

Jawab :Ao = So x So

Ao = 20 cm x 20cmAo = 400 cm2

β = 2 αβ = 2 x 0,000012β = 0,000024 /°C

∆A = Ao.β.∆T∆A = 400 x 0,000024 x 100∆A = 0,96 cm2

1. Sebuah logam tembaga berbentuk persegi dengan panjang sisi 2 cm, dipanaskan dari suhu 30°C sampai 70°C. jika koefisien muai panjang tembaga sebesar 0,000017/°C, berapakah:

a. Luas mula-mula logam tembagab. Koefisien muai luas logam tembaga ituc. Pertambahan luas logam tembaga itu2. Lembaran logam besi berbentuk persegi panjang,

dengan panjang 50 cm dan lebar 4 cm pada suhu 30°C dan koefisien muai panjang logam itu 0,000012/°C. berapa pertambahan panjang plat jika suhunya dinaikkan sampai 130°C?

Soal

Muai volumeBenda padat mempunyai tiga dimensi (panjang, lebar, tinggi) jika dipanaskan secara merata, maka pemuaiannya seluruh volume bidang tersebut dengan koefisien muai volume sebesar (γ).

Koefisien muai volume adalah perbandingan pertambahan volume dengan volume mula-mula setiap kenaikan suhu 1oC. dimana

Maka →

Contoh soalBalok besi pada suhu 20oC memiliki volume 300 cm3. Jika koefisien muai panjang besi 0,000012/oC, jika besi dipanaskan sampai suhu 220oC. berapakah besar koefisien volume besi, pertambahan volume, dan volume akhir besi?

penyelesaian

DiketahuiVo = 300 cm2

α = 12 . 10-6/oC

Ditanyaγ, ΔV, dan Vt?

Jawabγ = 3.α = 3. 12 . 10-6/oCγ = 36 . 10-6/oC

ΔV = Vo . γ . ΔTΔV = 300 . 36 . 10-6 . (220 – 20) ΔV = 2.160.000 . 10-6 cm3 = 2,16 cm3

Vt = Vo + ΔVVt = 300 cm3 + 2,16 cm3

Vt = 32,16 cm3

1. Balok baja pada suhu 10oC memiliki volume 1000 cm3. jika koefisien muai baja 0,000011/oC, berapakah koefisien muai volume baja, pertambahan volume, dan volume akhir baja pada suhu 80oC?

2. Emas batangan memiliki panjang 10 cm, lebar 5 cm dan tinggi 2 cm, jika suhu saat itu berada pada suhu ruangan yaitu 15oC lalu dibakar sampai mencapai suhu 90oC, berapa koefisien muai panjang emas, koefisien muai volume emas, pertambahan panjang, dan panjang akhir emas batangan?

Soal

Pemuaian zat cairPemuaian zat cair pada dasarnya sama dengan pemuaian pada muai volume zat padat. Perbedaannya hanya terletak pada perbedaan besar koefiisien. Pemuaian pada zat cair lebih besar dari pada zat cair.

Sebagai contoh, jika kita memasak air pada sebuah ceret, ketika air mendidih maka air akan tumpah, karena koefisien muai air lebih besar dari pada ceret

Setiap zat cair memiliki koefisien muai volume berbeda-beda

No Jenis zat cair Koefisien muai volume (/oC)

1 aseton 0,00150

2 Parafin 0,00090

3 Alkohol 0,00120

4 Raksa 0,00018

5 Gliserin 0,00050

6 Air 0,00021

Pemuaian GasGas juga memuai jika dipanaskan. Pemuaian pada gas juga termasuk pemuaian volume.

Sebagai contoh balon dihubungkan dengan pipa kaca, kemudian pipa kaca dimasukkan kedalam air yang panas, maka balon akan mengembang, hal ini menunjukkan bahwa gas dalam balon memuai.

Koefisien muai gas sebesar 0,0036/K, sehingga persamaan pemuaian gas bisa ditulis

Manfaat pemuaian1. Pemasangan bingkai kaca jendela sedikit

dilonggorkan supaya bila terjadi pemuaian kaca jendela tidak pecah

2. Sambungan rel kereta api dibuat sedikit renggang, sehingga apabila terjadi pemuaian pada siang hari rel kereta api tidak melengkung

3. Adanya celah pada konstruksi jembatan4. Adanya celah pada sambungan jembatan5. Pemasangan kawat telfon atau kawat listrik

dibuat kendor pada hari panas. Hal ini dilakukan agar ketika menyusut pada malam hari yang dingin, kawat tersebut diharapkan tidak putus

6. Membuka tutup botol yang terlalu rapat dengan menyiramkna air panas pada tutup botol

7. Pengelingan plat logam yaitu penyambungan antara logam satu dengan yang lainnya. Paku keling dalam keadaan panas dimasukkan ke dalam lubang pelat logam kemudian dipukul rata, sehingga pada saat dingin terjadi penyusutan paku keling hingga dapat menjepit pelat logam. Pengelingan ini biasanya digunakan pada sambungan badan kapal

8. Keping bimetal, yaitu pengelingan dua keping logam yang berbeda koefisien muainya. Keping logam yang mempunyai koefisien lebih kecil akan lebih lama memuai, sehingga bila dipanaskan keping bimetal akan melengkung ke arah keping logam yang koefisiennya lebih kecil.

1. Sakelar termal, pada saat suhunya naik maka keping bimetal akan terhubung dengan sumber tegangan sehingga berfungsi sebagai saklar. Hal ini biasanya digunakan pada alat kebakaran.

2. Bimetal pada setrika listrik berfungsi untuk mengatur panas yang dikehendaki

Prinsip keping bimetal ini dimanfaatkan pada berikut ini: