PEMUAIAN

Pemuaian
Pada praktiknya, pemuaian itu ternyata banyak menimbulkan masalah. Akan tetapi, ada sedikit pekerjaan yang dapat dibantu oleh pemuaian. Hampir semua zat, akan memuai jika dipanaskan. Misalnya, air dan bismut pada daerah suhu tertentu akan menyusut jika dipanaskan.

1.     Pemuaian Zat
Jika hampir semua zat dapat memuai bila dipanaskan, bagaimanakah dengan zat padat? Apakah memuai atau tidak ? Untuk menjawab pertanyaan tersebut, lakukan percobaan sederhana di bawah ini.
Percobaan        4
a.     Sediakan sebatang logam yang panjangnya kira-kira 1 m (lebih baik jika lebih dari satu macam logam).
 b.    Pasanglah batang itu pada suatu penumpu dari batu bata, seperti pada gambar di samping ini. Salah satu ujung batang itu ditahan sehingga tidak dapat bergeser.
    Ujung yang satu lagi dibiarkan tanpa penumpu (bebas). Di bawah ujung yang bebas ini, pasanglah sepotong kawat kecil yang ditekuk tegak ke atas seperti terlihat pada gambar di atas. Dengan menggunakan beberapa lampu sepiritus, panaskanlah batang itu dibeberapa tempat sambil memperhatikan ujung kawat yang tegak ke atas. Simpulan apa yang dapat kamu ambil mengenai panjang batang itu? Lakukanlah percobaan seperti itu terhadap batang-batang yang terbuat dari bahan lainnya. Memuai jugakah batang-batang tersebut?
 Berdasarkan percobaan di atas, dapat ditunjukkan bahwa logam-logam, yaitu zat pada umumnya, memuai jika dipanaskan. Pemuaian yang kita lihat pada percobaan itu ialah muai panjang atau muai linier. Percobaan-percobaan lainnya menunjukkan, bahwa benda memuai ke segala arah. Panjang, lebar dan tebalnya juga berubah dan bertambah. Akibatnya, volume benda padat umumnya bertambah besar jika dipanaskan. Jadi, semua zat dapat memuai jika dipanaskan, kecuali air. Bagaimana halnya dengan gas? Untuk membuktikannya, lakukan percobaan berikut.
Percobaan       5
Sediakan sebuah labu didih dan sebuah sumbat karet yang berlubang satu (lihat gambar 1.9). Jika tidak ada labu, dapat juga menggunakan bekas lampu pijar yang agak besar. Masukkanlah sebuah pipa kaca ke dalam sumbat karet tersebut (gunakan pipa yang besarnya cukup).
Lalu genggamlah labu tersebut bebarapa menit lamanya dengan kedua belah tangan. Perhatikanlah ujung pipa itu. Apakah yang terjadi? Pindahkanlah tangan ke leher labu dan tunggu beberapa saat. Apa yang dapat kamu lihat di ujung pipa tersebut? Angkatlah tabung itu. Adakah air masuk ke dalam pipa kaca? Coba kamu amati dengan baik. Genggamlah labu itu sekali lagi dan perhatikanlah air dalam pipa kaca. Apakah yang terjadi? Panaskah labu itu?Apakah yang terjadi terhadap tetes air yang ada dalam pipa?Bergerak kemanakah dan menyatakan apakah gerakan tetes itu? Berdasarkan percobaan di atas, dapat disimpulkan bahwa semua gas memuai kalau dipanaskan. Samakah pemuaian masing-masing zat padat dan zat cair kalau suhu dan volumenya mula-mula sama? Pemuaian berbagai jenis zat dapat diselidiki dengan menggunakan alat yang disebut Musschendbroek (lihat gambar dibawah ini). Adakah disekolahmu alat ini? Kalau ada, cobalah minta pada gurumu untuk mencoba alat tersebut.
Beberapa batang logam yang sama panjangnya dipasang di atas dua buah penumpu. Pada penumpu yang satu ujung-ujung batang itu ditahan oleh baut-baut. Pada penumpu yang satu lagi ujung -ujung batang itu masing-masing menekan pengungkit sebuah jarum penunjuk yang dapat berputar pada sumbunya. Jika batang memuai, maka ujung itu menekan pengungkit jarum penunjuk. Akibatnya jarum penunjuk itu berputar. Besar-kecilnya perputaran jarum itu menunjukkan besar-kecilnya pemuaian batang. Pada awal percobaan, letak jarum-jarum itu dibuat sama tinggi atau sejajar. Hal ini dilakukan dengan jalan memutar baut-baut itu pada penumpu yang satu. Setelah itu, batang-batang tersebut dipanaskan dengan sama rata. Dari penunjukkan jarum itu dapat diketahui, mana yang memuainya paling kuat dan mana yang kurang. Ternyata, pemuaian berbagai jenis logam berbeda-beda menurut jenisnya.

2.     Perbedaan Muai Volum Berbagai Jenis Zat Cair
Percobaan       6
a.    Buatlah dua buah alat seperti pada percobaan yang telah lalu yaitu menyediakan labu yang dibuat dari bola lampu bekas. Besar kedua alat itu hendaklah sama.
b.     Isilah salah satu bola lampu dengan suatu jenis zat cair, misalnya alkohol, sedangkan satunya lagi dengan minyak tanah. Usahakanlah agar tinggi permukaan zat cair itu sama. Lalu sediakanlah sebuah bak yang cukup besar sehingga kedua labu itu dapat dimasukkan ke dalamnya (lihat gambar dibawah)
c.    Kemudian isilah bak itu dengan air panas. Celupkanlah kedua alat itu tadi ke dalam bak. Aduklah air panas dalam bak itu, supaya suhunya merata. Perhatikan permukaan zat cair dalam kedua alat itu, samakah kenaikannya? Zat cair manakah yang lebih besar muainya ? Bila percobaan dilanjutkan dengan berbagai jenis zat cair lainnya, maka akan didapatkan juga bahwa pemuaiannya berbeda-beda.
3.    Pemuaian Gas
Salah satu perbedaan antara gas dengan zat padat dan cair adalah volume gas besarnya dapat diubah-ubah dengan mudah sedangkan volume zat padat dan cair tidak. Gas dalam bejana tertutup mengadakan tekanan pada dinding bejana itu. Tekanan itu disebabkan oleh gerakan molekul-molekul gas. Zat cair juga mengadakan tekanan pada dinding bejana itu tetapi tekanan ini disebabkan oleh adanya gravitasi. Pada gas, tekanan dan volumenya mempunyai suatu hubungan. Artinya, tekanan bergantung kepada volume (asal suhu tetap). Hubungan seperti itu dinamakan Hukum Boyle.
Berbicara masalah gas, ada beberapa hal yang harus diperhatikan yaitu volume, tekanan, dan suhu, yang semuanya dapat diubah-ubah. Jika kita ingin mencari hubungan antara besaran yang satu dengan lainnya, maka hanya dua besaran itulah yang boleh diubah-ubah sedangkan besaran yang lainnya harus dibuat tetap.

4.     Prinsip Pemuaian Dalam Teknologi
 Di bawah ini, kamu akan mempelajari salah satu contoh penggunaan pamuaian zat, dalam hal ini pemuaian zat padat. Sifat muai zat padat juga dapat digunakan pada waktu mengeling. Terlebih dahulu panaskan paku keling yang hendak dipakai. Setelah dikelingkan dan mendingin, maka kelingan itu menjadi rapat, karena paku keling itu mengerut. Begitu pula dengan pemasangan ban besi roda pedati. Sebelum dipasangkan, ban besi itu dipanaskan terlebih dahulu. Lama kelaman, ban besi itu mendingin, akibatnya, ban besi tersebut terpasang erat-erat pada roda.
Bimetal ialah dua keping logam yang berbeda rangkai muainya yang dikeling menjadi satu seperti pada gambar dibawah ini. Jika bimetal ini dipanaskan, maka akan membengkok ke arah logam yang koefisien muainya lebih kecil. Sebaliknya jika didinginkan bimetal itu melengkung ke arah logam yang koefisien muainya lebih besar.
Bimetal ini banyak digunakan sebagai saklar otomatis, yang dapat menjuruskan dan menghubungkan arus secara otomatis bila alat tersebut telah mancapai suhu tertentu. Alat seperti ini misalnya terdapat pada setrika listrik otomatis. Prinsip saklar seperti itu diperlihatkan pada gambar 1.13.
Jika suhu sudah cukup tinggi, maka bimetal melengkung menjauhi kontak K. Dengan demikian, maka panas yang mengalir akan putus. Alat akan mendingin dan bimetal menyentuh kontak K lagi. Pada alat pemberi tahu pembakaran, bimetal itu dipasang sedemikian rupa sehingga jika dipanaskan menyebabkan suatu kontak listrik bersambung, dan arus yang mengalir membunyikan bel listrik. Dengan demikian, penjaga dapat mengetahui bahwa di suatu tempat telah terjadi kebakaran.
Bimetal digunakan pula sebagai termometer. Termometer jenis ini dibuat dari  bimetal yang melengkung.
Salah satu ujung bimetal dijepit sehingga tidak dapat bergerak. Ujung yang satu lagi bebas dan dihubungkan dengan jarum penunjuk dengan rantai. Bila suhu naik, bimetal menjadi lebih lengkung dan jarum penunjuk bergerak ke kanan. Sebaliknya bila suhu turun, bimetal menjadi lebih lurus dan jarum bergerak ke kiri. Sebagai contoh, jika kita akan memasang kaca jendela, perhatikan ukuran kaca itu harus sedikit lebih kecil daripada ruang yang tersedia. Itu gunanya memberikan ruang pada kaca, agar kaca tidak pecah jika hari panas.
Begitu pula dengan rel kereta api yang panjangnya berpuluh-puluh bahkan beratus-ratus kilometer tidak terdiri dari satu batang rel saja, tetapi terdiri dari potongan-potongan rel yag panjang. Pada tiap sambungan batang rel itu, harus diberi celah yang cukup untuk batang rel yang memuai jika hari sedang panas ( lihat gambar 1.16).
Jika tidak diberi celah, ada kemungkinan rel itu akan melengkung karena memuai di waktu hari panas. Kaca yang bermutu rendah akan pecah kalau tiba-tiba dipanaskan atau didinginkan. Hal itu disebabkan oleh koefisien muainya agak besar. Supaya kaca tahan terhadap perubahan-perubahan suhu yang mendadak, koefisien muainya harus kecil. Sekarang ini banyak orang yang telah pandai membuat kaca jenis demikian, misalnya kaca pyrek, yakni kaca atau gelas yang tahan terhadap perubahan-perubahan suhu mendadak.