Pemuaian Zat Cair dan Anomali AirMaulana Hafid (140310120039)

Departemen Fisika, FMIPA Universitas PadjadjaranKamis, 23 Oktober 2014

Abstrak

Air memiliki prilaku spesial ketika didinginkan atau dipanaskan. Pada pemanasan air, pada rentang suhu 0°C hingga 4°C volume air akan menyusut, setelah lebih dari 4°C volume air akan bertambah atau memuai. Pada eksperimen ini, pengamatan difokuskan pada perubahan volume air ketika suhunya dinaikkan dan diturunkan. Pengamatan dilakukan pada rentang suhu 2°C hingga 17°C. Perubahan volume air dilihat dari naik turunnya skala pada tabung peraga anomali air. Karena perubahan volume air hanya sedikit setiap perubahan suhu, maka perubahan volume air di sebandingkan dengan perubahan ketinggian pada skala tersebut. Setelah pengambilan data selesai, data diplotkan pada sebuah grafik, sehingga peristiwa anomali dapat terlihat dan dapat dianalisa dengan membandingkan grafik tersebut dengan grafik yang sudah ada sebagai literature.Keyword:Pemuaian zat cair, perubahan volume terhadap suhu,anomaly air

I. Pendahuluan

Ketika kalor diberikan pada suatu system, maka respon yang akan terjadi salah satunya adalah perubahan suhu pada system tersebut dan disertai dengan bertambah atau berkurangnya volume dari system tersebut yang dikenal sebagai pemuaian. Pemuaian dapat terjadi pada zat cair, gas, dan padat. Yang membedakannya adalah respon bagian mana dari zat tersebut yang berubah ketika terjadi penaikkan atau penurunan suhu. Pada pemuaian zat cair, ada sebuah prilaku unik pada respon ukuran air terhadap perubahan suhu. Prilaku tersebut disebut anomaly air. Peristiwa tersebut diamat dengan mengetahui terlebih dahulu cara pengukuran volume zat cair, yaitu dengan

menggunakan persamaan α ¿∆ V

V × ∆ T≅ ∆ h

h ×∆ T. Dengan memahami cara pengukuran volume zat

cair ketika merespon perubahan suhu, maka peristiwa anomaly air pun dapat diamati.

II. Teori Dasar

Respon dari suatu zat ketika terjadi penaikkan atau penurunan suhu pada suatu zat adalah terjadinya pemuaian. Pemuaian secara fisis dapat didefinisikan sebagai bertambahnya ukuran suatu sistem karena pengaruh perubahan suhu atau berubahnya ukuran suatu sistem karena menerima kalor. Pada zat padat pemuaian dan penyusutan itu terjadi pada semua bagian benda, yaitu panjang, lebar, dan tebal benda. Pemuaian ini menyebabkan volume zat padat bertambah besar dan kerapatannya menjadi berkurang. Perubahan dimensi pada zat padat tergantung dari koefisien muai dimensi yang terjadi perubahan ukuran yaitu α(koefisien muai panjang),β(koefisien muai luas), dan γ(koefisien muai volume). Secara matematis dapat dirumuskan:

∆ d=d0 K ∆ T d i=∆ d+d0

Dengan:∆ d = perubahan suatu dimensi (m/m2/m3)d0 = ukuran awal suatu dimensi (m/m2/m3)d i = ukuran akhir suatu dimensi (m/m2/m3)K = koefisien muai suatu dimensi (/°C)∆ T = perubahan suhu (°C)

Pemuaian zat cair tidak melibatkan muai panjang dan muai luas, tapi yang terjadi hanyalah pemuaian ruang atau volume saja. Perubahan suhu berbanding lurus dengan pemuaian zat cair, dimana semakin besar penaikkan suhu maka semakin besar pemuaian yang terjadi pada zat cair.

Tabung Peraga Anomali Air

Pengukur suhu digital

Wadah/Kotak Pendingin

Pemuaian setiap zat cair berbeda-beda, ketika memanaskan atau mendinginkan banyak zat cair, walaupun volume awal dari setiap zat cair itu sama, namun volume akhir dari zat cair tersebut tentu akan berbeda-beda tergantung dari kerapatan dan juga koefisien muai yang dimiliki setiap zat cair. Pada air, terdapat perilaku unik dimana perubahan volume air tidak berbanding lurus dengan perubahan suhu air. Perilaku ini terjadi pada rentang suhu 0°C hingga 4°C, dimana ketika pemanasan air, pada rentang suhu tersebut volume menyusut, nsmun setelah suhu air lebih dari 4°C maka volume air akan memuai atau bertambah. Peristiwa ini disebut dengan anomali air. Gambar di bawah adalah grafik pengaruh perubahan temperatur air terhadap volume air.

Gambar 3.1: Grafik yang menunjukkan anomali air

III. Percobaan

Pada eksperimen ini, pengamatan dilakukan dengan menggunakan tabung peraga anomali. Air sebagai objek pengamatan dimasukkan ke dalam sebuah tabung yang sudah memiliki skala. Tabung tersebut dimasukkan ke dalam sebuah wadah (kotak pendingin) yang ketika pengamatan dikosongkan (pemanasan air) atau diisi oleh es balok (pendinginan air). Pada tabung tersebut terdapat pengaduk magnetic yang berfungsi sebagai pemerata suhu dalam tabung. Suhu diukur dengan menggunakan pengukur temperatur digital. Pengamatan dilakukan dengan dua metode, yang pertama adalah metode pendinginan suhu air. Ketika suhu air didinginkan perubahan volume setiap penurunan suhu 0.2°C dicatat dari rentang suhu 17°C hingga 2°C. Kemudian metode kedua adalah metode pemanasan air. Dengan cara yang sama dengan metode pertama, yang membedakan adalah rentang suhunya yang dimulai dari suhu 2°C hingga suhu mencapai 17°C. Setelah data didapat, selanjutnya data diplotkan ke dalam grafik pengaruh perubahan suhu terhadap perubahan volume dari air, sehingga peristiwa anomaly air dapat diamati.

Gambar 4.1: Skema alat eksperimen

IV. Data dan Analisis

Berdasarkan data hasil percobaan didapat tabel sebagai berikut:

Grafik 4.1 Pengaruh Penurunan Suhu Terhadap Perubahan VolumeT(°C)

H(cm)

ΔT(°C)

H(m) ΔH(m) γ (/°C)

m(kg)

17 21.3 - 0.213

- - 0.213

16.8

21.2 0.2 0.212

0.001 0.023474178

0.212

16.6

21 0.2 0.21 0.002 0.047169811

0.21

16.4

20.8 0.2 0.208

0.002 0.047619048

0.208

16.2

20.6 0.2 0.206

0.002 0.048076923

0.206

16 20.4 0.2 0.204

0.002 0.048543689

0.204

15.8

27.8 0.2 0.278

0.0005

0.009009009

0.278

. . . . . . .

. . . . . . .

6.6 16.2 0.2 0.162

0.004 0.126582278

0.162

6.4 16.5 0.2 0.165

0.003 0.092592593

0.165

6.2 16.7 0.2 0.167

0.002 0.060606061

0.167

6 17 0.2 0.17 0.003 0.089820359

0.17

5.8 17.5 0.2 0.175

0.005 0.147058824

0.175

5.6 17.8 0.2 0.178

0.003 0.085714286

0.178

5.4 18.2 0.2 0.182

0.004 0.112359551

0.182

5.2 18.6 0.2 0.186

0.004 0.10989011 0.186

5 19 0.2 0.19 0.004 0.107526882

0.19

4.8 19.3 0.2 0.193

0.003 0.078947368

0.193

4.6 19.6 0.2 0.196

0.003 0.077720207

0.196

4.4 20.1 0.2 0.201

0.005 0.12755102 0.201

4.2 20.8 0.2 0.208

0.007 0.174129353

0.208

4 21.6 0.2 0.216

0.008 0.192307692

0.216

3.8 20.9 0.2 0.209

0.007 0.162037037

0.209

3.6 22.4 0.2 0.224

0.015 0.358851675

0.224

3.4 22.8 0.2 0.228

0.004 0.089285714

0.228

3.2 23.1 0.2 0.231

0.003 0.065789474

0.231

3 23.6 0.2 0.236

0.005 0.108225108

0.236

2.8 24.1 0.2 0.241

0.005 0.105932203

0.241

2.6 25.3 0.2 0.253

0.012 0.248962656

0.253

2.4 25.5 0.2 0.255

0.002 0.039525692

0.255

2.2 25.7 0.2 0.257

0.002 0.039215686

0.257

2 25.9 0.2 0.259

0.002 0.038910506

0.259

Grafik 4.1 Pengaruh Penaikan Suhu Terhadap Perubahan VolumeT(°C)

H(cm)

ΔT(°C)

H(m) ΔH(m) γ (/°C) m(kg)

2 25.9 - 0.259 - - 0.259

2.2 25.9 0.2 0.259 0 0 0.259

2.4 25.8 0.2 0.258 0.001 0.019305019

0.258

2.6 25.7 0.2 0.257 0.001 0.019379845

0.257

2.8 25.7 0.2 0.257 0 0 0.257

3 25.65

0.2 0.2565

0.0005

0.009727626

0.2565

3.2 25.6 0.2 0.256 0.0005

0.009746589

0.256

3.4 25.6 0.2 0.256 0 0 0.256

3.6 25.6 0.2 0.256 0 0 0.256

3.8 25.6 0.2 0.256 0 0 0.256

4 25.6 0.2 0.256 0 0 0.256

4.2 25.6 0.2 0.256 0 0 0.256

4.4 25.6 0.2 0.256 0 0 0.256

4.6 25.6 0.2 0.256 0 0 0.256

4.8 25.6 0.2 0.256 0 0 0.256

5 25.6 0.2 0.256 0 0 0.256

5.2 25.6 0.2 0.256 0 0 0.256

5.4 25.65

0.2 0.2565

0.0005

0.009765625

0.2565

5.6 25.65

0.2 0.2565

0 0 0.2565

5.8 25.7 0.2 0.257 0.0005

0.009746589

0.257

6 25.7 0.2 0.257 0 0 0.257

. . . . . . .

. . . . . . .

15.6 27.75

0.2 0.2775

0.0005

0.009025271

0.2775

15.8 27.8 0.2 0.278 0.0005

0.009009009

0.278

16 27.85

0.2 0.2785

0.0005

0.008992806

0.2785

16.2 27.85

0.2 0.2785

0 0 0.2785

16.4 27.85

0.2 0.2785

0 0 0.2785

16.6 27.85

0.2 0.2785

0 0 0.2785

16.8 27.9 0.2 0.279 0.0005

0.008976661

0.279

17 27.9 0.2 0.279 0 0 0.279

Berdasarkan data hasil percobaan, telah didapat peristiwa anomaly air yang mendekati literature pada penaikkan suhu. Pada percobaan ketika suhu dipanaskan pada rentang suhu 2°C hingga 5.2°C volume air menurun, setelah suhu melebihi 5.2°C volume air meningkat. Pada penurunan suhu, peristiwa anomaly air didapat, namun dalam rentang suhu yang jauh dari literature yaitu dari 2°C hingga 8.4°C. Seharusnya anomaly air terjadi pada rentang suhu 0°C hingga 4°C. Pada penurunan suhu air, air didinginkan secara langsung dengan memberikan es pada wadah, sehingga penurunan suhu terjadi secara spontan, sedangkan pada penaikkan suhu air, air dipanaskan secara alami, dengan mengangkat es sedikit demi sedikit sambil menunggu suhu air naik dengan sendirinya, sehingga penurunan suhu terjadi secara alami, ditunjukkan dengan waktu penurunan suhu yang cukup lama ketika proses pemanasan air. Mengenai koefisien muai volume air, sesuai dengan teori dimana semakin tinggi suhunya maka koefisien muai dari suatu zat semakin besar pula, begitu pun sebaliknya. Ketika penurunan suhu air, suhu menurun secara tidak periodic, es ditambahkan secara sembarang sehingga proses pendinginan pun kadang cepat kadang lambat, hal ini yang membuat data penurunan suhu dan perubahan volume air agak berbeda. Untuk pemanasan air, suhu menaik secara natural sehingga data perubahan volume pun agak sesuai dengan literature.

V. Kesimpulan

Dari eskperimen yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa:

1. Cara mengukur volume zat cari ketika memuai, dapat dilakukan dengan menggunakan persamaan ∆ d=d0 K ∆ T d i=∆ d+d0

Dengan:∆ d = perubahan suatu dimensi (m/m2/m3)d0 = ukuran awal suatu dimensi (m/m2/m3)d i = ukuran akhir suatu dimensi (m/m2/m3)K = koefisien muai suatu dimensi (/°C)∆ T = perubahan suhu (°C)Pada percobaan, karena perubahan volume setiap perubahan suhu dianggap kecil, maka perubahan volume disebandingkan dengan perubahan ketinggian pada skala tabung peraga.

2. Peristiwa anomaly air pada percobaan, pada penurunan suhu didapat pada rentang suhu 2°C hingga 8.4°C, pada penaikkan suhu didapat pada rentang suhu 2°C hingga 5.2°C. Pada penaikkan suhu peristiwa anomaly air terjadi mendekati literaturnya. Pada rentang tersebut volume air mengecil namun setelah suhu 5.2°C volume air menjadi meningkat.

Daftar Pustaka

1. Anonym. 2013. Pengertian Pemuaian Zat. http://ku-isi.blogspot.com/2013/08/materi-pengertian-pemuaian-zat.html. Diakses pada 9 Oktober 2014, pukul 08.00.

2. Fisika, Dunia. 2008. Pemuaian. http://aljabbar.wordpress.com/2008/03/30/pemuaian.html. Diakses pada 9 Oktober 2014 pukul 08.00.