TEKNOLOGI PEMBELAJARAN FISIKA BAHAN AJAR FISIKA PEMUAIAN PANJANG

Transkripsi

1 TEKNOLOGI PEMBELAJARAN FISIKA BAHAN AJAR FISIKA PEMUAIAN PANJANG Dosen : Lia Angraini, S.Si., M.Pd. Disusun oleh : Wahyu Saputra ( ) Kelas : B Sore FAKULTAS MIPA & TEKNOLOGI INSTITUT KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN PERSATUAN GURU REPUBLIK INDONESIA PONTIANAK (IKIP PGRI PONTIANAK) 2014/2015

2 A. STANDAR KOMPETENSI 1. Menerapkan konsep perubahan zat dalam pemuaian panjang. B. KOMPETENSI DASAR 1.1 Menganalisis pengaruh kalor terhadap suatu zat dalam pemuaian panjang, 1.2 Menganalisis cara perpindahan kalor dalam pemuaian panjang. C. INDIKATOR 1. Mengamati percobaan sederhana untuk menyelidiki Pemuaian Panjang. 2. Menjelaskan konsep Pemuaian Panjang. 3. Menganalisis konsep Pemuaian Panjang dalam kehidupan sehari-hari. 4. Mempraktikan Pemuaian Panjang dalam kehidupan sehari-hari. D. TUJUAN Setelah mempelajari materi ini siswa diharapkan mampu: 1. Menganalisis pengaruh perubahan suhu benda terhadap ukuran benda (pemuaian), 2. Memaparkan faktor-faktor yang mempengaruhi besar pemuaian zat padat, 3. Membedakan besar pemuaian panjang pada berbagai zat secara kuantitatif, 4. Menganalisis pengaruh kalor terhadap perubahan suhu benda, 5. Menganalisis pengaruh kalor terhadap perubahan wujud benda, 6. Menjelaskan peristiwa perubahan wujud dan karakteristiknya serta memberikan contohnya dalam kehidupan sehari-hari. E. MATERI POKOK/SUB MATERI - Pemuaian Panjang

3 1. PEMUAIAN Pada umumnya suatu zat akan memuai ketika dipanaskan dan menyusut ketika didinginkan. Walaupun pemuaian ini biasanya cukup kecil untuk bisa diamati, namun fenomena ini sangat penting karena gaya yang dihasilkan sangat besar dan harus diperhitungkan untuk rancang bangun tertentu seperti rel kereta api, jembatan baja, atau sambungan beton di jalan raya. Pada saat sebuah benda dipanaskan, gerakan molekul-molekulnya semakin cepat, yang menyebabkan semakin besar. 2. PEMUAIAN TERMAL/PEMUAIAN ZAT Pemuaian termal adalah pemuaian suatu zat (padat, cair, dan gas) yang disebabkan oleh kenaikkan suhu zat itu. a. Pemuaian Zat Padat Zat padat yang dipanaskan akan mengalami pemuaian panjang, pemuaian luas, dan pemuaian volume. Pemuaian zat sebenarnya terjadi ke segala arah. Akan tetapi dalam hal-hal tertentu kita dapat memperhatikan pada arah panjangnya saja, misalnya pemuaian pada batang logam atau mungkin pada luas permukaan tertentu saja, misalnya pemuaian pada kepingan kaca jendela. Menurut teori partikel, pada zat padat partikel-pertikelnya, yaitu: 1) Tersusun sangat rapi dan rapat (sangat berdekatan), 2) Gaya tarik-menarik antar partikel-partikelnya (partikel zat) sangat kuat, 3) Bentuknya tetap. Jika suatu benda padat dipanaskan (dinaikkan suhunya), maka partikel-partikelnya akan bergetar lebih cepat. Akibatnya kecepatan partikel meningkat (bertambah) sehingga energi kinetiknya menjadi lebih besar. Partikel yang telah terpanaskan itu akan menumbuk partikel tetangganya

4 yang masih bersuhu lebih rendah, begitu seterusnya. Jika panas terus diberikan, lama kelamaan panjang benda padat itu akan bertambah karena jarak antar partikelnya menjauh. Peristiwa ini disebut pemuaian panjang. b. Pemuaian Panjang Jika suatu benda berbentuk batang yang panjangnya L 0 dipanaskan sehingga suhunya berubah sebesar T, maka benda tersebut akan memuai seperti pada gambar 1.1. L 0 L Gambar 1.1 Pemuaian Panjang Pertambahan panjang L adalah sebanding dengan panjang mula-mula L 0, jenis benda (yang dinyatakan dengan koefisien muai panjang α) dan perubahan suhu T. Gambar 1.2 Pemuaian Panjang setelah dipanaskan

5 L = L 0 α T (1-2) Oleh karena itu, panjang akhir setelah pemuaian dapat dirumuskan sebagai L = L 0 + L L = L 0 + L 0 α T L = L 0 (1 + α T) (1-2) dengan L = panjang akhir (m) L 0 = panjang mula-mula (m) α = koefisien muai panjang (/ 0 C -1 atau /K -1 ) T = perubahan suhu ( 0 C atau K) Tabel 1.1 koefisien muai panjang untuk berbagai zat Koefisien Pemuaian Berbagai Zat Koefisien Muai Panjang Material (/ 0 C) Es pada 0 0 C 51 x 10-6 Timah 29 x 10-6 Aluminium 23 x 10-6 Kuningan 19 x 10-6 Tembaga 17 x 10-6 Beton 12 x 10-6 Baja 11 x 10-6 Gelas 9 x 10-6 Pyrex 3,2 x 10-6 Intan 1,2 x 10-6 Invar 0,7 x 10-6 Sekring Kwarsa 0,5 x 10-6

6 c. Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Pertambahan Panjang Benda Ketika Dipanaskan 1) Kenaikan suhu ( t) 2) Panjang benda mula-mula (L 0 ) 3) Jenis zat pada/benda yang dipanaskan d. Koefisien Muai Panjang Setiap zat mempunyai nilai (koefisien) atau konstanta yang menyatakan berapa pertambahan panjangnya jika suhunya dinaikkan sebesar 1 0 C atau 1 Kelvin. Nilai ini disebut koefisien muai panjang/muai linier (α). α = nilai yang menyatakan pertambahan panjang suatu zat padat, jika suhunya dinaikkan sebesar 1 0 C atau 1 Kelvin. e. Kerugian Dan Keuntungan Akibat Pemuaian Pemuaian zat padat ternyata membawa beberapa kerugian, khususnya pada konstruksi seperti jembatan, jalan raya, dan rel kereta api, di mana setiap hari secara terus-menerus mengalami perubahan suhu akibat panas sinar Matahari dan dinginnya udara di malam hari. Untuk itu, para perancang konstruksi harus memberikan ruang lebih yang memungkinkan bahan-bahan konstruksi tersebut memuai. Ruang lebih inilah yang harus benar-benar diperhitungkan, tidak boleh kurang dan tidak boleh berlebihan. Di samping merugikan, pemuaian juga bias dimanfaatkan, misalnya untuk memasang roda logam (besi) pada sebuah lokomotif. Untuk menghasilkan suatu ban baja yang bisa menempel kuat pada roda, diameter dalam ban baja dibuat sedikit lebih kecil daripada diameter luar roda. Ban baja kemudian dipanaskan sehingga memuai dan diameternya menjadi lebih besar daripada diameter roda. Dengan demikian, ban baja bisa dipasang pada roda. Ketika ban baja ini mendingin, ia mengerut (menyusut) sehingga pasangan ban baja ini sangat kuat.

7 f. Contoh Pemuaian Panjang Dalam Kehidupan Sehari-hari Pernahkah kamu mengamati kabel jaringan listrik pada pagi hari dan siang hari? Kabel jaringan akan tampak kencang pada pagi hari dan tampak kendor pada siang hari. Kabel tersebut mengalami pemuaian panjang akibat terkena panas sinar matahari. Pada pemasangan kaca jendela juga kacanya harus dipasang renggang pada bingkainya, supaya saat terjadi pemuaian kaca tidak akan pecah. Gambar 1.3 Pemasangan kaca pada bingkai Alat yang digunakan untuk menyelidiki pemuaian panjang berbagai jenis zat padat adalah musschenbroek. Pemuaian panjang suatu benda dipengaruhi oleh panjang mula-mula benda, besar kenaikan suhu, dan tergantung dari jenis benda.

8 Gambar 1.4 Musschenbroek Besarnya panjang logam setelah dipanaskan adalah sebesar Besarnya panjang zat padat untuk setiap kenaikan 1ºC pada zat sepanjang 1 m disebut koefisien muai panjang (α). Hubungan antara panjang benda, suhu, dan koefisien muai panjang dinyatakan dengan persamaan Keterangan: L = Panjang akhir (m) L0 = Panjang mula-mula (m) ΔL = Pertambahan panjang (m) α = Koefisien muai panjang (/ºC) Δt = kenaikan suhu (ºC)

9 Tabel 1.2 Koefisien Muai Panjang Benda g. Manfaat Pemuaian Yang Sering Kita Jumpai Dalam Kehidupan Sehari-Hari 1) Pengelingan Menyambung dua pelat dengan menggunakan paku khusus dengan proses khusus disebut mengeling. Bagaimanakah cara pemasangan paku keling? Paku keling yang dipakai untuk mengeling sesuatu dalam keadaan panas sampai berpijar dan dimasukkan ke dalam lubang pelat yang hendak kita keling. Kemudian paku bagian atas dipukul-pukul sampai rata. Setelah dingin paku keling tersebut akan menyusut dan menekan kuat pelat tersebut. Pengelingan dapat kamu jumpai pada pembuatan badan kapal laut. 2) Keping bimetal Dua keping logam yang mempunyai koefisien muai panjang berbeda dikeling menjadi satu disebut keping bimetal. Keping bimetal peka terhadap perubahan suhu. Jika keping bimetal dipanaskan, maka akan melengkung ke arah logam yang angka koefisien muai panjangnya kecil. Bila didinginkan, keping

10 bimetal akan melengkung ke arah logam yang angka koefisien muai panjangnya besar. Perbedaan pemuaian ini dipakai sebagai termostat. Termostat adalah alat yang berfungsi ganda sebagai saklar otomatis dan sebagai pengatur suhu. Beberapa alat yang memanfaatkan keping bimetal dalam termostat, antara lain: setrika listrik, lemari es, bel listrik, alarm kebakaran, lampu sen mobil atau motor, rice cooker, oven. 3) Pemasangan bingkai roda logam pada pedati dan kereta api Roda pedati dan roda kereta api memiliki ukuran lebih kecil daripada ukuran bingkainya. Untuk dapat memasang roda logam tersebut, maka dengan cara pemanasan. Hal ini mengakibatkan roda logam akan mengalami pemuaian. Kemudian roda logam tersebut dipasang pada bingkainya, setelah dingin roda akan menyusut dan terpasang pada bingkainya dengan kuat. Gambar 1.5 Pemasangan sambungan rel kereta

11 3. CONTOH SOAL DAN PEMBAHASAN PEMUAIAN PANJANG 1. Sebatang baja panjang 2 meter dinaikkan suhunya sampai 30 0 C. Berapa panjang baja itu sekarang? Penyelesaian : Diketahui : α = 11 x 10-6 / 0 C L 0 = 2 m T = 30 0 C Ditanya: L =? Jawab : L = L 0 α T = 2 x (11 x 10-6 ) x 30 0 C = 6,6 x 10-4 m = 0,00066 m L = L 0 + L = 2 + 0,00066 = 2,00066 m

12 2. Panjang sebatang alumunium pada suhu 0 C adalah 100 cm. Berapa panjang pada suhu 100 C, bila angka muai panjangnya 0,000026/ C? Penyelesaian: Diketahui : t 0 t 1 L 0 α = 0 C = C = 100 cm = 0,000026/ C Ditanya : L 1 =? Jawab : L 1 = L 0 (1 + α t) = 100{1 + 0, (100-0)} = 100{1 + 0, x100} = 100 {1,0026} = 100,26 cm

13 IDENTITAS BUKU 1. Judul Buku : IPA FISIKA Untuk SMA Kelas X 2. Penulis : Drs. Supiyanto, M.Si 3. Penerbit : Phibeta 4. Kota dan Tahun Terbit : Jakarta, Sekolah : SMA 6. Nomor ISBN : Materi : Pemuaian Panjang