Pemuaian

Ruqayah, M.Pd. FISIKA KELAS VIII

Ruqayah, M.Pd. BAB II PEMUAIAN Pembelajaran ini bertujuan agar Anda dapat : Menyelidiki proses pemuaian zat padat, cair dan gas. Merencanakan percobaan sederhana untuk menunjukkan pemuaian zat cair dan padat. Melakukan penyelidikan terhadap perbedaan muai volume berbagai jenis zat cair Menunjukkan prinsip pemuaian dalam teknologi misalnya bimetal untuk termostat, pengelingan, pemasangan bingkaibesi pada roda, dan pemasangan kaca jendela.

Pernahkah Kamu melihat celah antara sambungan dua rel kereta api ? Mengapa dibuat demikian ?Mengapa tidak dirapatkan saja ? Celah itu memang diperlukan, agar rel tetap lurus. Celah tersebut pada siang hari sempit tetapi pada malam hari menjadi lebar. Hal itu disebabkan rel dari baja pada siang hari terkena panas matahari mengalami pemuaian. Pada BAB ini Kamu akan mempelajari pemuaian pada zat. Tidak sekedar zat padat saja melainkan pada zat cair dan zat gas.

Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.

Ruqayah, M.Pd.

Pengertian Pemuaian Pada umumnya setiap benda baik itu berupa padat, cair atau gas jika dipanaskan akan mengalami penambahan ukuran panjang, luas ataupun volumenya. Penambahan ukuran benda karena penambahan suhu sering disebut sebagai pemuaian benda. Besarnya pemuaian benda sangat bergantung pada : a. Ukuran benda semula b. Kenaikan suhu c. Jenis benda

A. Pemuaian Zat Padat, Cair dan Gas 1. Pemuaian Zat Padat Muai Panjang Pernahkah kalian mengamati kabel jaringan listrik pada pagi hari dan pada siang hari ? kabel jaringan akan tampak kencang pada pagi hari dan tampak kendor pada siang hari. Kabel tampak kendor karena panjang logam penyusun kabel bertambah panjang akibat terkena panas sinar matahari. Dengan demikian dapat dikatakan bahwa kabel mengalami pemuaiankarena terkena panas sinar matahari. Pemuaian panjang tiap zat padat berbeda-beda tergantung pada sifat termal zat padat tersebut. untuk menyelidiki muai panjang suatu zat padat lakukanlah percobaan berikut ini ! Kegiatan 2.1 Tujuan :Menyelidiki muai panjang zat padat menggunakan Muschenbroek 1.

Sediakan Muschenbroek lengkap dengan pembakar bunsennya.

2.

Catatlah jenis logam yang akan diamati.

3.

Nyalakan pembakar Bunsen dan aturlah supaya semua batang logam

mendapat panas yang merata. 4.

Setelah satu menit, amatilah jarum penenjuk yang didorong oleh setiap

jenis logam. 5.

Samakah panjang pemuaian setiap logam ?

6.

Tulislah hasil pengamatanmu, logam manakah yang menunjukkan

pemuaian paling besar ? Pada kegiatan 2.1 dapat kita amati bahwa panjang logam akan bertambah panjang setelah logam dipanaskan. Pertambahan panjang logam itu kemudian dinyatakan dengan ∆L. Besarnya panjang logam setelah dipanaskan sebesar L = L0 + ∆L Besarnya panjang zat padat untuk setiap kenaikan 10 C pada zat sepanjang 1m disebut koefisien muai panjang (α).

Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.

Ruqayah, M.Pd. Hubungan antara panjang benda, suhu, dan koefisien muai panjang dinyatakan dengan persamaan L = L0 (1+ α Δt) Dengan, L : Panjang akhir (m) L0 : Panjang mula-mula (m) α : Koefisien muai panjang (0 C/m) Δt : kenaikan suhu (m) Muai luas Jika yang dipanaskanadalah suatu lempeng atau plat tipis maka plat tersebut akan mengalami pemuaian pada panjang dan lebarnya. Dengan demikian lempeng akan mengalami pemuaian luas atau pemuaian bidang

Pt Lt

Lt P0 Pertambahan luas zat padat untuk setiap kenaikan 10 C pada zat seluas 1m2 disebut koevisien muai luas (β). Besarnya β dapat dinyatakan dalam β = 2α

Hubungan antara luas benda, suhu, dan koefisien muai luas suatu zat adalah A = A0 (1+ β Δt) Dengan A : luas akhir (m2 ) A0 : luas mula-mula (m2 ) β : koefisien muai luas zat ( 0 C/m2 ) Δt : kenaikan suhu ( 0 C) Pemuaian luas dapat kita amati pada jendela kaca rumah, pada saat udara dingin kaca menyusut karena koefisien muai kaca lebih besar dari pada koefisien muai kayu. Dan jika suhu memanas maka kaca akan memuai lebih besar dari pada kayu kusen sehingga kaca akan terlihat terpasang dengan sangat rapat pada kusen kayu.

Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.

Ruqayah, M.Pd. Muai volume Jika suatu balok mula-mula memiliki panjang P0 , lebar L0 , dan tinggi h0 dipanaskan hingga suhunya bertambah ΔT, maka berdasarkan pada pemikiran muai panjang dan luas diperoleh harga volume balok tersebut sebesar: V = V0 (1+ γ Δt) γ = 3α atau γ =

3 β 2

dengan V : volume akhir (m3 ) V0 : volume mula-mula (m3 ) γ

: koefisien muai volume (0 C/m3 )

Δt : kenaikan suhu (0 C) Untuk mengamati muai volume suatu zat padat maka lakukanlah kegiatan berikut Kegiatan 2.2. Mengamati muai volume zat padat 1.

Siapkan sebuah bola logam dan bingkainya (lihat gambar), serta

pembakar Bunsennya. 2.

Sebelum dibakar bola dapat dimasukkan ke dalam bingkainya. Panaskan

bola tersebut selama beberapa saat. 3.

Masukkan bola logam tersebut pada bingkainya. Dapatkah bola masuk

kedalam bingkai ? Mengapa ?. 2. Pemuaian Zat Cair

Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.

Ruqayah, M.Pd. Pada zat cair kita tidak mengenal muai panjang ataupun muai luas, tetapi hanya dikenal muai ruang atau muai volume saja. Semakin tinggi suhu yang diberikan pada zat cair itu maka semakin besar muai volumenya. Pemuaian zat cair untuk masingmasing jenis zat cair berbeda-bedaakibatnya walaupun mula-mula volume zat cair sama tetapi setelah dipanaskan volumenya menjadi berbeda-beda. Pemuaian volume zat cair terkait dengan pemuaian tekanan karena peningkatan suhu. Titik pertemuan antara wujud cair, padat dan gas disebut titik tripel.

Tekanan (p)

Pkritis

Cair Titik Kritis

Padat

Ptripel

Titik Tripel

Plasma

Gas

Uap

ttripel

Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.

tkritis

Suhu (t)

Ruqayah, M.Pd. Gambar 2.1 Grafik P – t air Khusus untuk air pada kenaikan suhu dari 00 C sampai 40 C volumennya tidak bertambah akan tetapi justru menyusut, pengecualian ini disebut dengan anomali air sehingga pada suhu 40 C air mempunyai volume terendah. Hubungan suhu dan volume air dapat digambarkan pada grafik di bawah ini

Volume (V)

0

4 Gambar 2.2 Grafik V – t air

Suhu (t)°C

Pada suhu 4 °C air menenpati posisi terkecil sehingga pada suhu itu air memiliki massa jenis terbesar. Jadi air bila suhunya dinaikkan dari 0 °C – 4 °C akan menyusut, dan bila suhunya dinaikkan dari 4 °C ke atas akan memuai. Biasanya pada setiap benda bila suhunya bertambah pasti mengalami pemuaian. Peristiwa yang terjadi pada air itu disebut anomali air. Hal senada juga terjadi pada bismuth pada suhu-suhu yang berbeda. Untuk menyelidiki pemuaian berbagai macam zat cair lakukanlah percobaan berikut ini Kegiatan 2.3. Tujuan: Menyelidiki pemuaian berbagai macam zat cair 1.

Siapkan empat buah labu erlen meiyer berpipa kecil, isi masing-masing

labu dengan air, eter, bensin, dan alkohol dengan volume yang sama. 2.

Siapkan wadah yang agak besar dan isilah dengan air.

3.

Masukkan labu tersebut pada wadah berisi air kemudian panaskan wadah

tersebut. 4.

Setelah beberapa saat amatilah tinggi permukaan zat cair pada labu.

5.

Apakah yang kalian amati ? samakah tinggi masing-masing zat cair

tersebut? 3. Pemuaian Gas

Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.

Ruqayah, M.Pd. Sama halnya dengan zat cair dalam gas kita tidak mengenal pemuaian panjanh ataupun pemuaian luas. Gas akan mengalami pemuaian volume jika suhunya dinaikkan dan akan mengalami penyusutan jika suhunya diturunkan. Dari hasil percobaan didapatkan harga koefisien muai ruang yang sama untuk semua jenis gas yaitu sebesar γ =

1 °C-1 273

Sehingga volume akhir gas pada tekanan tetap adalah sebagai berikut. V = V0 (1+ γ Δt)

V = V0 (1+

1 Δt) 273

Pemuaian tekanan akhir gas pada volume tetap adalah sebagai berikut. p = p0 (1+

1 Δt) 273

Pemuaian gas dalam ruang tertutup dapat dibahas dengan menggunakan hukum Boyle –Gay Lussac sebegai berikut. Persamaan gas ideal

pV = nRT pV = nR T pV = konstan T

Jadi

p1V1 p2V2 = T1 T2

Dimana T adalah suhu mutlak Kelvin dan R adalah konstanta gas umum = 8314 joule/Kilomol. K atau 0,082 atm L/mol K

B. Pemuaian Zat Pada Kehidupan Sehari-hari

Gambar 2.3 Kaca jendela diberi ruang untuk pemuaian

Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.

Ruqayah, M.Pd. 1. Pemasangan kaca jendela Dalam pemasangan kaca jendela perlu diperhatikan ruang muai bagi kaca sebab koefisien muai kaca lebih besar daripada koefisien muai kayu tempat kaca tersebut dipasang.

Gambar 2.4. Celah pada sambungan rel kereta api 2. Pemasangan sambungan rel kereta api Penyambungan rel kereta api harus menyediakan celah antara satu batang rel dengan batang rel lain. Jika suhu meningkat, maka batang rel akan memuai hingga akan bertambah panjang. Dengan diberikannya ruang muai antar rel maka tidak akan terjadi desakan antar rel yang akan mengakibatkan rel menjadi bengkok.

Gambar 2.5 Bingkai besi pada roda pedati dipanaskan dulu sebelum dipasang pada roda kayu 3. Pemasangan bingkai besi pada roda pedati Pada keadaan normal bingkai roda pedati dibuat sedikit lebih kecil daripada tempatnya sehingga tidak dimungkinkan untuk dipasang secara langsung pada tempatnya. Untuk memasang bingkai tersebut terlebih dahulu besi harus dipanaskan hingga memuai dan ukurannya pun akan menjadi lebih besar daripada tempatnya sehingga memudahkan untuk dilakukan pemasangan bingkai tersebut. ketika suhu mendingin, ukuran bingkai kembali mengecil dan terpasang kuat pada tempatnya.

Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.

Ruqayah, M.Pd. 4. Pemasangan jaringan listrik dan telepon Pada pemasangan kabel jaringan listrik atau telepon maka kabel harus dipasang dengan kendur

dari tiang satu ke tiang lainnya sehingga saat udara dingin

pannjang kabel akan sedikit berkurang dan mengencang. Jika kabel tidak dipasang kendur maka saat terjadi peyusutan kabel akan terputus. 5. keping bimetal Keping bimetal adalah dua buah keping logam yang memiliki koefisien muai panjang berbeda yang dikeling menjadi satu. Keping bimetal sangat peka terhadap perubahan suhu. Pada suhu normal panjang keping bimetal akan sama dan kedua keping dam posisi lurus. Jika suhu naik kedia keping akan mengalami pemuaian dengan pertambahan panjang yang berbeda. Akibatnya keping bimetal akan membengkok ke arah logam yang mempunyai koefisien muai panjang yang kecil. Keping bimetal dapat dimanfaatkan dalam berbagai keperluan misalnya pada termometer bimetal, termostat bimetal pada setrika listrik, saklar alarm bimetal, sekring listrik bimetal.

Gambar 2.6 Setrika listrik menggunakan bimetal yang dapat mematikan arus jika panas melebihi batas. Pemanfaatan pemuaian zat yang tidak sama koefisien muainya dapat berguna bagi industri otomotif misalnya pada bimetal yang dipasang sebagai saklar otomatis, pada lampu reting kendaraan dan lain-lain.

RINGKASAN



Hubungan antara panjang benda, suhu, dan koefisien muai panjang

dinyatakan dengan persamaan L = L0 (1+ α Δt) 

Hubungan antara luas benda, suhu, dan koefisien muai luas suatu

zat adalah A = A0 (1+ β Δt) 

Hubungan antara volume benda, suhu, dan koefisien muai ruang

suatu zat adalah V = V0 (1+ γ Δt)

Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.

β = 2α

Ruqayah, M.Pd. γ = 3α atau γ =

3 β 2

Sehingga volume akhir pemuaian gas pada tekanan teta adalah

 sebagai berikut.

V = V0 (1+ γ Δt) V = V0 (1+

1 Δt) 273

Pemuaian tekanan akhir gas pada volume tetap adalah sebagai

 berikut.

p = p0 (1+

1 Δt) 273

Pemuaian gas dalam ruang tertutup dapat dibahas dengan



menggunakan hukum Boyle –Gay Lussac sebegai berikut. pV = nRT pV = nR T

pV = konstan T

p1V1 p2V2 = T1 T2

Pemuaian Zat Pada Kehidupan Sehari-hari, misalnya

 •

Pemasangan kaca jendela

•

Pemasangan sambungan rel kereta api

•

Pemasangan bingkai besi pada roda pedati

•

Pemasangan jaringan listrik dan telepon.

•

keping bimetal

UJI KOMPETENSI BAB II SOAL ESSAY 1. Sebatang besi panjangnya 100cm pada suhu 10 oC , setelah dipanasi sampai 110 oC panjangnya menjadi 100,05 cm. Suatu logam jenis lain yang koefisien muai panjangnya 3 kali koefisien muai panjang besi panjangnya awalnya 120 cm pada suhu 0 oC. Tentukan panjang logam tersebut jika dipanasi sampai 40 oC. 2. Sebuah Jendela kaca pada malam hari luasnya menyusut 0, 80 cm2. Koefisien muai panjang kaca 8 x 10-6 . Tentukan suhu pada malam itu jika luas kaca pada suhu 36 oC 1000cm2 ..

Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.

Ruqayah, M.Pd. 3. Sebuah gelas kaca bervolume 500 cm3 penuh berisi alkohol pada suhu 0 oC Jika dipanasi sampai 50 oC, berapa volume alkohol yang tumpah.(koefisien muai volume alkohol 0,00120/oC.dan koefisien muai volume gelas 0,000027/ oC) 4. Jelaskan prinsip pemuaian terjadi pada termostat dan pemasangan bingkai besi pada roda. 5. Apa yang dilakukan tukang kayu pada ukuran kaca yang akan ditempel di jendela ? 6. Sampai suhu berapa suatu gas yang suhunya 0 °C volumenya 100 cm3 harus dipanaskan agar volumenya menjadi 2 kali volume semula sedangkan tekanannya tetap ?

SOAL PILIHAN GANDA 1.

Yang dimaksud dengan koefisien muai panjang adalah..... a.

Angka yang menunjukkan berkurang panjangnya tiap 1 cm zat bila suhunya naik

sebesar 1oC b.

Angka yang menunjukkan bertambah panjangnya tiap 1 cm suatu zat bila

suhunya suhunya naik sebesar 1oC c.

Angka yang menunjukkan bertambah panjangnya tiap 1 cm suatu zat bila

suhunya turun sebesar 1oC d.

Angka yang menunjukkan berkurang panjangnya tiap 1 cm zat bila suhunya tetap

pada 1oC 2.

Perhatikan tabel berikut! Jenis

Koefisien muai

benda panjang kuningan 0,000019/oC tembaga 0,000017/oC baja 0,000011/oC kaca 0,000009/oC Jika panjang benda mula-mula sama dan benda-benda tersebut dipanaskan pada suhu yang sama secara bersamaan, maka pertambahan panjang yang terbesar adalah...... a.

Kuningan

b.tembaga

c.baja

d. kaca

Kuningan panjang mula-mula 100 cm dengan koefisien muai panjang 0,000019/ oC

3.

dipanaskan dari suhu 10 oC sampai 110 oC akan bertambah panjang..... a.

0,0038 cm

c. 0,19 cm

b.

0,0019 cm

d. 0,38 cm

Sebatang logam panjangnya 50,00 cm pada suhu 10 oC dan 50,05 cm pada suhu 110 oC.

4.

Maka koefisien muai panjang baja itu adalah..... a.

0,0005/ oC

c. 0,00005/ oC

b.

0,0005/ oC

d. 0,000005/ oC

Sebatang besi panjangnya 1 m pada suhu 10 oC dan koefisien muai panjang logam itu

5.

0,000012/ oC. Maka pada suhu 167 oC panjang logam itu menjadi.... a.

Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.

0,00068 m

c. 10,068 m

Ruqayah, M.Pd. b.

1,0684 m

6.

d. 11,0684 m

Alat berikut ini merupakan alat yang digunakan untuk menunjukan pemuaian pada zat

cair adalah..... a.

higrometer

b.

Dilatometer dimasukkan ke air

c.

Dilatometer berisi air dipanaskan

d.

Musschenborck

7.

Zat cair akan lebih cepat memuai dari pada zat padat. Hal ini terjadi pada peristiwa..... a.

Ketika termometer dimasukan kedalam air mendidih skalanya bertambah..

b.

Panci yang berisi penuh air akan tumpah ketika air mendidih

c.

Panci lebih cepat panas dari pada air

d.

Air lebih cepat panas dari pada panci.

8.

Yang dimaksud dengan Koefisien muai volume adalah angka yang menunjukkan ..... a.

Bertambahnya volume setiap 1 cm3 suatu zat bila suhunya turun sebesar 1 K

b.

Bertambahnya volume setiap 1 cm3 suatu zat bila suhunya naik sebesar 1 oC

c.

Berkurangnya volume setiap 1 cm3 suatu zat bila suhunya naik sebesar 1 oC

d.

Berkurangnya volume setiap 2 cm3 suatu zat bila suhunya turun sebesar 1 oC Pernyataan yang benar hubungan antara α , β dan γ adalah .....

9. a.

α =3γ

= 2 β c. γ = 3α =

b.

3 2 α β α = γ= β d. γ = = 3 2

3 β 2

Koefisien muai panjang kuningan 0,000019/oC, maka koefisien muai volume kuningan

10. tersebut adalah...... a.

0,000051/ oC

b.

0,000038/ oC

c.

0,0000095/ oC

d.

0,0000019/ oC

11.

Penerapan pemuaian dalam kehidupan sehari-hari dapat berupa seperti berikut,

kecuali..... a.

Pemasangan sambungan rel kereta api

b.

Pemasangan kaca jendela

c.

Pengelingan

d.

Pengeringan pakaian

12.

Berikut ini gambar bimetal terbuat dari logam A dan B B A

Sebelum dipanaskan B

A

Sesudah dipanaskan

Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.

Ruqayah, M.Pd.

Pernyataan yang tidak tepat dari gambar itu yaitu...... a.

Koefisien muai panjang logam A lebih kecil logam B

b.

Koefisien muai panjang logam B lebih kecil dari logam A

c.

Bimetal akan melengkung ke arah logam B bila didinginkan

d.

Koefisien muai volume logam B lebih kecil dari logam A

13.

Alat berikut ini digunakan untuk mengetahui pemuaian pada zat padat adalah ..... a.

barometer

c. dilatometer

b.

termoskope

d. Musschenbrock

14.

Apabila suatu benda diberi kalor, maka benda itu akan..... a.

Menyusut volumenya

b.

Pasti berubah wujud

c.

Pasti bertambah suhunya

d.

Bisa berubah wujud atau bertambah suhunya

15.Sebuah tangki berisi alkohol sebanyak 1000 cm3 pada suhu 0 oC dengan koefisien muai volume sebesar 0,00120/oC. Jika dipanaskan sampai 80 oC pada tekanan tetap, maka volume gas menjadi....cm3 a. 96

b. 904

c. 1096

Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.

d. 1120