PEMUAIAN ZAT PADAT KELAS VII SEMESTER 1

PEMUAIAN ZAT PADAT

Apa yang terjadi pada benda jika suhunya berubah? Salah satu perubahan yang terjadi pada benda adalah ukuran benda itu berubah.

Jika suhu benda naik, secara umum ukuran benda bertambah. Peristiwa ini disebut pemuaian

Zat padat dapat mengalami pemuaian. Gejala ini memang sulit untuk diamati secara langsung, tetapi seringkali kamu dapat melihat pengaruhnya. Misalnya, saat kamu menuangkan air panas ke dalam gelas, tiba-tiba gelas itu retak. Retaknya gelas ini karena terjadinya pemuaian yang tidak merata pada gelas itu. Kamu akan pelajari lebih dalam tentang pemuaian pada zat padat.

Pada  umumnya,  benda  atau  zat  padat  akan  memuai  atau  mengembang jika dipanaskan dan menyusut jika didinginkan. Pemuaian dan penyusutan itu terjadi pada semua bagian benda, yaitu panjang, lebar, dan tebal benda tersebut.

Jika benda padat dipanaskan, suhunya akan naik. Pada suhu yang tinggi, atom dan molekul penyusun logam tersebut akan bergetar lebih cepat dari biasanya sehingga logam tersebut akan memuai ke segala arah.

Para perancang bangunan, jembatan, rel kereta api dan jalan raya harus memperhatikan sifat pemuaian dan penyusutan bahan karena perubahan suhu. Jembatan dan rel kereta api umumnya dibuat dari besi baja yang saling disambungkan satu dengan lainnya.

Untuk itu, agar sambungan besi baja tidak melengkung karena memuai akibat terik panas matahari atau menyusut di malam hari, sambungan-sambungan besi baja tidak boleh dipasang saling rapat satu dengan lainnya. Harus ada rongga yang cukup di antara sambungan-sambungan itu.

Bimetal dibuat berdasarkan sifat pemuaian zat padat. Bimetal antara lain dimanfaatkan pada termostat. Prinsip kerja termostat sebagai berikut. Jika udara di ruangan dingin, keping bimetal pada Gambar 7.15 akan menyusut, membengkok ke kiri, dan menyentuh logam biasa sehingga kedua ujungnya saling bersentuhan.

Sentuhan antara kedua ujung logam itu menjadikan rangkaian tertutup dan menyalakan pemanas sehingga ruangan menjadi hangat. Jika untuk mengontrol ruangan berpendingin, cara kerjanya serupa. Saat ruangan mulai panas, termostat bengkok dan menghubungkan rangkaian listrik sehingga pendingin kembali bekerja.

 

1. Pemuaian Panjang Zat Padat

Panjang logam mula-mula sama, untuk logam yang berbeda ternyata pertambahan panjangnya benda karena pemuaiannya juga berbeda. Besaran yang menentukan pemuaian panjang zat padat adalah koefisien muai panjang. Koefisien muai panjang suatu zat padat  adalah bilangan yang menunjukkan pertambahan panjang tiap satu satuan panjang zat itu jika suhunya dinaikkan 1 ^oC,

Sebagai contoh, jika muai panjang kaca 9 x 10^-6 / ^oC berarti jika 1 meter kaca, suhunya  bertambah 1 ^oC,  maka panjangnya bertambah 0,000009 meter. Tabel   4.1 menunjukkan koefisien muai panjang beberapa bahan. 

 

Dengan mengetahui kofisien muai panjang bahan dan panjang bahan mula-mula, kita dapat menentukan panjang akhir bahan tersebut apabila mendapatkan panas sehingga mengalami kenaikan suhu.

 

Contoh Soal Pemuaian Panjang

Panjang aluminium pada suhu 30 ^oC adalah 100 cm. Koefisien muai panjang aluminium adalah 0,000026/ ^oC, hitung panjang aluminium itu pada suhu 80 ^oC!

Diketahui

L₀        = 100 cm

∆T       = 50°C

α  aluminium = 26 × 10^-6 / °C

Soal L_t  =...?

Penyelesaian

L_t = L₀ + ∆L

                             ∆L = L₀ x α aluminium x ∆T

L_t = 100 + (100 x 26 x 10^-6 x 50)

L_t = 100 + (130 x 10^-6)

L_t = 100 + (1,3 x 10^-4)

L_t = 100,13 cm

Jadi panjang akhir aluminium tersebut adalah 100,13 cm

2. Pemuaian Luas Zat Padat

Jika suatu benda berbentuk lempengan dipanaskan, pemuaian terjadi pada kedua arah sisi-sisinya. Pemuaian semacam ini disebut pemuaian luas.

Pemasangan pelat-pelat logam selalu memperhatikan terjadinya pemuaian luas. Pemuaian luas memiliki koefisien muai sebesar dua kali koefisien muai panjang. Apabila koefisien muai panjang disimbolkan α , maka koefisien muai luas disimbolkan β.

Berdasarkan data dalam Tabel 7.1, maka lempengan aluminium memiliki koefisien muai luas sebesar 0,000052/ ^oC. Hal ini berdasarkan ketentuan bahwa koefisien muai luas adalah sebesar dua kali koefisien muai panjang, dimana koefisen muai panjang aluminium 0,000026/ ^oC dikalikan 2, sehingga menjadi 0,000052/ ^oC

Contoh Soal

Luas aluminium pada suhu 30 ^oC adalah 100 cm². Koefisien muai panjang aluminium adalah 0,000026/ ^oC, hitung luas aluminium itu pada suhu 80 ^oC!

Diketahui

A₀        = 100 cm²

∆T       = 50°C

α  aluminium  = 26 × 10^-6 / °C sehingga β aluminium = 2 x 26 × 10^-6 / °C = 52 x 10^-6 / °C

Soal A_t  =...?

Penyelesaian

A_t = A₀ + ∆A

                             ∆A = A₀ x β aluminium x ∆T

_At = 100 + (100 x 52 x 10^-6 x 50)

_At = 100 + (260000 x 10^-6)

_At = 100 + 0,26 cm

_At = 100,26 cm²

Jadi luas akhir aluminium tersebut adalah 100,26 cm²

 

3. Pemuaian Volume Zat Padat

Bagaimanakah pemuaian yang dialami oleh kelereng dan balok besi jika kedua benda tersebut dipanaskan? Benda-benda yang berdimensi tiga (memiliki panjang, lebar, dan tinggi) akan mengalami muai ruang jika dipanaskan. Pemuaian ruang memiliki koefisien muai tiga kali koefisien muai panjang. Apabila koefisien muai panjang disimbolkan α , koefisien muai luas disimbolkan β, maka koefisien muai volume disimbolkan γ.

Balok aluminium jika dipanaskan akan memuai dengan koefisien muai sebesar 0,000078/ ^oC. Hal ini berdasarkan ketentuan bahwa koefisien muai luas adalah sebesar dua kali koefisien muai panjang, dimana koefisen muai panjang aluminium 0,000026/ ^oC dikalikan 3, sehingga menjadi 0,000078/ ^oC

Contoh soal

Volume balok aluminium pada suhu 30 ^oC adalah 100 cm³. Koefisien muai panjang aluminium adalah 0,000026/ ^oC, hitung volume aluminium itu pada suhu 80 ^oC!

Diketahui

V₀        = 100 cm³

∆T       = 50°C

α  aluminium  = 26 × 10^-6 / °C sehingga γ aluminium = 3 x 26 × 10^-6 / °C = 78 x 10^-6 / °C

Soal V_t  =...?

Penyelesaian

V_t = V₀ + ∆V

                             ∆V = V₀ x γ aluminium x ∆T

_Vt = 100 + (100 x 78 x 10^-6 x 50)

_Vt = 100 + (390000 x 10^-6)

_Vt = 100 + 0,39 cm³

_Vt = 100,39 cm³

Jadi panjang volume akhir aluminium tersebut adalah 100,39 cm³

 

Pernahkah kamu menjumpai daun pintu tidak dapat ditutupkan pada bingkai pintunya?

Kaca jendela tidak dapat masuk ke dalam bingkainya?

Hal itu terjadi karena pemasangan daun pintu dan kaca jendela terlalu rapat dengan bingkainya sehingga ketika terjadi pemuaian atau penyusutan tidak tersedia lagi rongga yang cukup.

Partikel-partikel zat padat selalu bergerak (bergetar). Gerakan partikel makin cepat sehingga memerlukan ruangan antara partikel yang lebih besar. Jarak antara partikel makin besar, zat padat itu memuai, bertambah panjang, bertambah luas, dan akhirnya bertambah volumenya.

PERTANYAAN

1. Berdasarkan tabel koefisien muai bahan, mengapa   alat laboratorium menggunakan kaca Pyrex?

2. Volume balok aluminium pada suhu 20 ^oC adalah 400 cm³. Koefisien muai panjang aluminium adalah 0,000026/ ^oC, hitung volume aluminium itu pada suhu 50 ^oC!

Sebelum materi pembelajaran ini diakhiri, jangan lupa untuk presensi terlebih dahulu di link berikut PRESENSI HARI INI