Pada umumnya, apabila suatu benda dipanaskan, benda itu akan memuai. Mengapa benda bisa memuai? Setiap benda tersusun atas partikel-partikel yang sangat kecil dan susunan partikelnya berbeda-beda antara zat padat, gas, dan cair. Partikel zat padat susunannya tertatur dan jarak antar- partikelnya sangat dekat. Partikel zat cair jarak partikelnya agak berjauhan. Sedangkan pada gas, jarak antarpartikel lebih renggang. Setiap partikel selalu bergetar selama memiliki energi panas. Bila suhu benda tinggi, getaran partikel di dalam benda tersebut akan semakin kuat. Sebaliknya, bila suhunya semakin rendah, getarannya akan menjadi lemah.
1. Pemuaian Zat Padat
Zat padat pada umumnya akan memuai bila dipanaskan, kecuali bismut yang pada suhu tertentu akan menyusut. Besarnya pemuaian bahan Bergantung pada jenisnya. Pemuaian yang dialami oleh zat padat adalah muai panjang dan muai volume.
a. Muai Panjang
Bila suatu benda padat dipanaskan, benda padat tersebut akan memuai ke segala arah. Akan tetapi, kita hanya akan mengamati pemuaian pada arah memanjang. Muai panjang suatu benda padat dapat diukur dengan alat yang disebut Musschenbroek.
Bila tiga batang logam dari bahan besi, tembaga, dan aluminium dipasang pada alat Musschenbroek. Ketiga logam tersebut memiliki panjang yang sama kira-kira 30 cm. Kemudian dipanaskan dengan pemanas spiritus, maka kita dapatkan ketiga batang logam menjadi bertambah panjang dan jarum penunjuk skala bergerak ke arah kanan. Jika suhu semakin tinggi, pertambahan panjang akan semakin besar, pertambahan panjang ini dinamakan muai panjang. Besarnya pertambahan panjang:
1) berbanding lurus dengan panjang batang
2) berbanding terbalik dengan kenaikan suhu
3) bergantung jenis bahan.
Bilangan yang menunjukkan besarnya pertambahan panjang tiap satuan panjang zat jika suhunya dinaikkan 1oC disebut koefisein muai panjang. Jika panjang batang mula-mula lo, dipanaskan hingga suhunya bertambah t, besarnya pertambahan panjang batang dirumuskan sebagai berikut.
Keterangan:
lt = panjang batang pada suhu t, dalam satuan meter atau cm.
lo = panjang batang mula-mula, dalam satuan m atau cm.
a = koefisien muai panjang, dalam satuan/oC.
Dt = perubahan suhu, dalam satuan oC.
Di bawah ini adalah koefisien muai panjang beberapa zat padat:
Tabel 3.1 Koefisien muai panjang zat.
Contoh.1
Sebatang tembaga panjangnya 12 m memiliki suhu 25 oC. tembaga tersebut dipanaskan sampai 55oC. tentukan pertambahan panjang tembaga tersebut!
Penyelesaian:
Diketahui : l0 = 12 m
Dt = 55-25oC = 30oC
atembaga = 0,0000167 /oC
= . lo .
= (0,0000167x 12 x 30)
= 0,006012 m
Pertambahan panjang tembaga adalah 0.006012 m.
b. Muai Volume
Sebuah benda berbentuk balok dipanaskan, maka benda tersebut selain mengalami pertambahan panjang juga mengalami pertambahan lebar dan pertambahan tinggi,. Pemuaian ini dinamakan muai volume atau muai ruang. Bilangan yang menyatakan pertambahan volume zat tiap satuan volume zat jika suhunya dinaikkan 1oC dinamakan koefisien muai volume. Untuk mengetahui pertambahan volume suatu zat dapat digunakan rumus sebagai berikut.
dengan Vo = p . l. h
keterangan:
p = panjang benda mula-mula
l = lebar benda mula-mula
h = tinggi benda mula-mula
Vt = volume akhir benda (m3)
Vo = volume awal benda (m3)
Dt = kenaikan suhu (oC)
g = koefisien muai volume( /oC)
Hubungan koefisien muai ruang volume dan koefisien muai panjang ( ) adalah =3
Maka rumus diatas dapar pula ditulis :
Contoh 2:
Sebuah balok tembaga dengan ukuran panjang, lebar, dan tinggi masing-masing 15 cm, 10 cm, dan 12 cm bersuhu 27 oC. Balok tersebut kemudian dipanaskan sampai suhu 47oC. Jika koefisien muai panjang tembaga 17 x 10-6 /oC, berapakah volume balok sekarang?
Penyelesaian :
Diketahui : p = 15, l = 10, h = 12
t = 47-27oC = 20oC
= 17 x 10-6 /oC
Vo = p.l.h
= 15 x 10 x 12
= 1800 cm3
= 1800 ( 1 + 3 x 17 x 10-6x 20)
= 1800 ( 1 + 0,00102)
= 1800(1,00102)
= 1801,84 cm3
Volume balok tembaga setelah dipanaskan 1801,84 cm3.
2. Pemuaian Zat Cair
Pada modul 1 kita telah mengamati penggunaan aplikasi pemuaian zat cair pada tabung kaca sebagai dasar pembuatan termometer zat cair. Pemuaian zat cair akan terjadi bila zat cair suhunya dinaikkan. Pemuaian yang dialami zat cair hanya berlaku pemuaian volume, karena bentuk cair yang tidak tetap. Pertambahan volume pada zat cair yang berdasarkan bentuk ruang yang di isinya dinamakan muai ruang atau muai volume.
Pertambahan muai volume pada zat cair dapat digunakan rumus yang sama seperti pada muai volume zat padat, yaitu:
Hubungan koefisien muai ruang volume dan koefisien muai panjang (a) adalah g=3a
Maka rumus di atas dapat pula ditulis:
Berikut ini adalah tabel koefisien muai volume zat padat dan zat cair.
Contoh 3:
Air sebanyak 10 L dengan suhu 40oC dipanaskan hingga 70oC. Tentukan volume air setelah dipanaskan!
Penyelesaian :
Diketahui : Vo = 10 L
t = 70-40oC = 30oC
= 0,00021 /oC
= 10 ( 1 + 0.00021/oC x 30oC)
= 10,0630 L
Volume air setelah dipanaskan 10,0630 L
3. Pemuaian Gas
Pemuaian yang terjadi pada gas sama seperti pada pemuaian zat cair, yaitu hanya terjadi muai volume, tidak terjadi muai panjang. Pemuaian pada gas jauh lebih besar jika dibandingkan dengan pemuaian pada zat cair atau zat padat.
Koefisien muai gas dinyatakan sebagai bilangan yang menyatakan pertambahan volume untuk tiap satuan volume gas, jika suhu dinaikkan 1 oC pada tekanan tetap. Berdasarkan teori Gaylussac dinyatakan bahwa semua gas mempunyai koefisien yang sama, yaitu:
/oC, maka rumus pertambahan volume pada tekanan tetap gas dapat dirumuskan sebagai berikut.
karena g = /oC, maka :
Contoh 4:
Sebuah ruangan berisi gas helium yang volumenya 6 m3 pada suhu 11,75 oC. jika gas suhunya dinaikkan sampai 80oC pada tekanan tetap. Berapakah volume gas sekarang?
Penyelesaian:
Diketahui : Vo = 6 m3
Dt = (80-11.75)oC = 68,25 oC
Vt = 7,5 m3
Volume gas helium setelah divanaskan adalah 7,5 m3
No comments:
Post a Comment