Pemuaian adalah bertambahnya ukuran suatu benda karena pengaruh perubahan suhu atau bertambahnya ukuran suatu benda karena menerima kalor.

Transkripsi

1 1. C. PRINSIP TEORI Pemuaian adalah bertambahnya ukuran suatu benda karena pengaruh perubahan suhu atau bertambahnya ukuran suatu benda karena menerima kalor. Pemuaian terjadi pada 3 zat yaitu pemuaian pada zat padat, pada zat cair, dan pada zat gas. Pemuaian pada zat padat ada 3 jenis yaitu pemuaian panjang (untuk satu demensi), pemuaian luas (dua dimensi) dan pemuaian volume (untuk tiga dimensi). Sedangkan pada zat cair dan zat gas hanya terjadi pemuaian volume saja, khusus pada zat gas biasanya diambil nilai koofisien muai volumenya sama dengan 1/273. Masalah pemuaian zat dapat kita lihat dapat kehidupan sehari-hari, misalnya retaknya gelas tebal ketika diisi air mendidih. Ini karena sisi dalam gelas memuai lebih dahulu daripada sisi luarnya. Beberapa cara untuk mengatasi masalah-masalah yang disebabkan oleh pemuaian zat adalah: (1) ukuran bingkai kaca lebih besar daripada ukuran kaca, (2) sambungan antara dua batang rel diberi celah, (3) salah satu ujung jembatan yang memuai diberi celah, (4) sambungan antara dua lintasan jalan beton diberi celah, (5) kawat telepon atau kawat listrik dibiarkan kendor pada hari panas agar tidak putus ketika menyusut pada hari dingin. Manfaat pemuaian zat dalam kehidupan sehari-hari antara lain: (1) termometer zat cair (raksa dan alkohol), (2) termometer gas, (3) pengelingan pelat logam, (4) pemasangan roda pada ban baja lokomotif atau pemasangan bingkai besi pada roda sado/pedati. Keping bimetal adalah dua keping logam yang berbeda koefisien muai panjang dikeling menjadi satu. Jika dipanaskan, keping melengkung ke arah yang koefisien muainya lebih kecil dan jika didinginkan, keping melengkung ke arah logam yang koefisien muainya lebih besar. Sifat pelengkungan keping bimetal yang peka terhadap perubahan suhu dimanfaatkan pada saklar termal, termostat bimetal, dan lampu rem mobil Pemuaian panjang adalah bertambahnya ukuran panjang suatu benda karena menerima kalor. Pada pemuaian panjang nilai lebar dan tebal sangat kecil dibandingkan dengan nilai panjang benda tersebut. Sehingga lebar dan tebal dianggap tidak ada. Contoh benda yang hanya mengalami pemuaian panjang saja adalah kawat kecil yang panjang sekali. Pemuaian panjang suatu benda dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu panjang awal benda, koefisien muai panjang dan besar perubahan suhu. Koefisien muai panjang suatu benda sendiri dipengaruhi oleh jenis benda atau jenis bahan. Secara matematis persamaan yang digunakan untuk menentukan pertambahan panjang benda setelah dipanaskan pada suhu tertentu adalah Pemuaian terjadi ketika zat dipanaskan (menerima kalor), partikel-partikel 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.

2 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 panjang 2. kenaikan suhu (DT): makin besar kenaikan suhu, maka makin besar muai panjang 3. jenis bahan. Bila ingin menentukan panjang akhir setelah pemanasan maka digunakan persamaan sebagai berikut : Yang perlu diperhatikan adalah didala rumus tersebut banyak sekali menggunakan lambang sehingga menyulitkan dalam menghapal. Disarankan untuk sering menggunakan rumus tersebut dalam mengerjakan soal dan tidak perlu dihapal. Padaumumnya ukuran suatu benda akan berubah apabila suhunya berubah. Pada benda-benda berbentuk batang, perubahan ukuran panjang akibat perubahan suhu adalah sangatlah nyata, sedangkan penambahan ukuran luas penampang dapat diabaikan karenena kecilnya. Perubahan panjang akibat perubahan suhu dapat dirumuskan sebagai berikut : ΔL = ɣ. Lo. ΔT ɣ = ΔT/ Lo. 1/ ΔT (Saras dan Zamasky,1981) Koefisien muai panajang suatu benda adalah perbandingan antara pertambahan panjang terhadap panjang awal benda persatuan kenaikan suhu. Jika suatu benda padat dipanaskan maka benda tersebut akan memuai kesegala arah,denagn kata lain ukuran panjang bertambahnya ukuran panjang suatu benda karena menerima kalor.alat untuk membandingkan muai panjang dari berbagai logam adalah maschen brock.ketika tiga batang logam yang berbeda jenis (tembaga,almunium,besi) dan sama panjang walaupun panjang dari ketiga logam sama dengan mengalami kenaikan suhu yang sama.tetapi pertambahan panjangnya berbeda. ( Peristiwa yang mengikuti penambahan temperatur pada bahan adalah perubahan ukuran dan keadaanya.keadaan temperatur akan mengakibatkan terjadinya penambahan jarak rata-rata atom bahan. Hal ini mengakibatkan terjadinya pemuaian (ekspensi) pada seluruh padatan tersebut. Perubahan pada dimensi linier disebut sebagai muai linier, jika penambahan temperatur ΔT adalah penambahan panjang ΔT, untuk penambahan temperatur yang kecil, maka pertambahan panjang pada tempertur (lt) akan sebanding dengan perubahan temperatur dengan panjang muai. (L o ).

3

4 Pemuaian adalah bertambahnya ukuran suatu benda karena pengaruh suhu atau bertambahnya ukuran suatu benda karena menerima kalor. Pemuaian pun terjadi pada 3 peristiwa zait yaitu pemuaian padat, pemuaian zat cair dan pemuaian zat gas.(francis, 1994) Jika temperature benda naik maka biasanya benda tersebut memuai. Bias diamati untuk sebuah batang panjang yang panjangnya L pada temperature T. Jika temperature berubah dengan T, perubahan L sebanding dengan T dan panjang mula-mula L => L=αL* T. Dengan α adalah koefisien muai linear. Besaran ini merupakan rasio fraksi perubahan panjang terhadap perubahan temperature. α = L/L. ( Trippler. 1998) t Ketika sebuah bahan mengalami pemanasan, volumenya selalu meningkat dan setiap dimensi meningkat bersamaan. Pada tingkat mikroskopis kita dapat menentukan sebuah ketepatan hubungan antara hubungan panjang pada objek dengan perubahan suhu, penambahan pada ukuran dapat dipahami pada istilah peningkatan energy kinetic akibat setiap molekul bertubrukan sangat kuat dengan molekul disebelahnya. Molekul- molekul berhasil mendorong satu sama lain sampai terpisah dan mengembangkan bahan.( joseph. 1978) Suatu zat padat atau zat cair mengalami perubahan volume apabila suhunya berubah sebesar dt, karena skala derajat Kelvin dan skala derajat Celsius merupaka selang suhu yang sama harganya. Lambang koefisien muai panjang adalah α. koefisien muaipanjang (linear) besarnya diukur dengan memakai iner vero meter optic (zears zemansky, 1982) Koefisien muai panjang biasannya dihitung berdasarkan persamaan empiris antara rapat masa dan suhu pada tekanan konstan. Jika metode ini tidak memungkinnkan digunakan metode optic yang melibatkan factor interferensi cahaya. Koefisien muai panjang tidak bebas pengaruh perubahan dari tekanan teta[i perubahan jelas terlihat akibat perubahan suhu. (zemansky,1999). Perubahan dalam zat padat ada 3 jenis yaitu pemuaian panjang (untuk satu dimensi ) pemuaian panjang luas (dua dimensi) dan pemuaian volume (untuk 3 dimensi). Untuk zat biasanya ditambahi nilai konstan dan nilai volumenya= 1/273. (grafith, 2001) Pengertian Pemuaian

5 Pemuaian adalah bertambahnya ukuran suatu benda karena pengaruh perubahan suhu atau bertambahnya ukuran suatu benda karena menerima kalor. Pemuaian terjadi pada 3 zat yaitu pemuaian pada zat padat, pada zat cair, dan pada zat gas. Pemuaian pada zat padat ada 3 jenis yaitu pemuaian panjang (untuk satu demensi), pemuaian luas (dua dimensi) dan pemuaian volume (untuk tiga dimensi). Sedangkan pada zat cair dan zat gas hanya terjadi pemuaian volume saja, khusus pada zat gas biasanya diambil nilai koofisien muai volumenya sama dengan 1/273. Pemuaian panjang adalah bertambahnya ukuran panjang suatu benda karena menerima kalor. Pada pemuaian panjang nilai lebar dan tebal sangat kecil dibandingkan dengan nilai panjang benda tersebut. Sehingga lebar dan tebal dianggap tidak ada. Contoh benda yang hanya mengalami pemuaian panjang saja adalah kawat kecil yang panjang sekali. Pemuaian panjang suatu benda dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu panjang awal benda, koefisien muai panjang dan besar perubahan suhu. Koefisien muai panjang suatu benda sendiri dipengaruhi oleh jenis benda atau jenis bahan. Secara matematis persamaan yang digunakan untuk menentukan pertambahan panjang benda setelah dipanaskan pada suhu tertentu adalah Bila ingin menentukan panjang akhir setelah pemanasan maka digunakan persamaan sebagai berikut :

6 Yang perlu diperhatikan adalah didala rumus tersebut banyak sekali menggunakan lambang sehingga menyulitkan dalam menghapal. Disarankan untuk sering menggunakan rumus tersebut dalam mengerjakan soal dan tidak perlu dihapal. Pemuaian luas adalah pertambahan ukuran luas suatu benda karena menerima kalor. Pemuaian luas terjadi pada benda yang mempunyai ukuran panjang dan lebar, sedangkan tebalnya sangat kecil dan dianggap tidak ada. Contoh benda yang mempunyai pemuaian luas adalah lempeng besi yang lebar sekali dan tipis. Seperti halnya pada pemuian luas faktor yang mempengaruhi pemuaian luas adalah luas awal, koefisien muai luas, dan perubahan suhu. Karena sebenarnya pemuaian luas itu merupakan pemuian panjang yang ditinjau dari dua dimensi maka koefisien muai luas besarnya sama dengan 2 kali koefisien muai panjang. Pada perguruan tinggi nanti akan dibahas bagaimana perumusan sehingga diperoleh bahwa koefisien muai luas sama dengan 2 kali koefisien muai panjang. Untuk menentukan pertambahan luas dan volume akhir digunakan persamaan sebagai berikut : Pemuaian volume adalah pertambahan ukuran volume suatu benda karena menerima kalor. Pemuaian volume terjadi 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

7 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