BAB 6 PEMUAIAN ZAT

PEMUAIAN
Jika sebuah benda dipanasi, maka partikel-partikelnya di dalam akan bergetar lebih kuat dan partikel-partikel itu tidak jatuh akan tetapi bergerak keluar sehingga benda itu memuai.

Jika benda didinginkan, getaran-getaran partikel lebih lemah dan partikel-partikel saling mendekat satu sama lain sehingga benda menyusut. Dengan kata-kata zat akan memuai bila suhunya bertambah dan akan menyusut bila suhunya berkurang. Pemuaian di alami oleh zat padat, zat cair dan gas.

PEMUAIAN ZAT PADAT
Muai Panjang
Alat untuk mengamati adanya pemuian pada zat padat dinamakan MUSSCHEN BROEK.

Koefisien Muai Panjang
Koefisien muai panjang sesuatu zat padat ialah bilangan yang menyatakan pertambahan panjang tiap satuan panjang zat, kalau suhunya dinaikkan dan 0° C sampal 10 C.
Jika panjang batang pada 0°C disebut L° C disebut Lt, serta koefisien muai panjang batang disebut c, maka:

a. Lt - Lo : Lo x t

atau

Lt = Lo (1 + a x At)

Tabel koefisien / angka muai panjang beberapa zat:

Jenis Zat :
Alumunium
Tembaga
Besi
Baja
Platina

Angka Muai Panjang (/°C)
0,000026
0,000017
0,000012
0,000011
0,000009

Contoh Soal:
Panjang sebatang alumunium pada suhu 0° C adalah 100 cm. Berapa panjang pada suhu 100° C, bila angka muai panjangnya 0,000026/° C?

Periyelesaian:
Diketahui 0° C, L0.= 100 cm
ti = 100°, = 0,000026/°C

Ditanya : L1

Jawab L1 = Lo (1 + c At)

= 100{1 ÷0,000026(100-0)}
= 100{1 +0,000026x100}
= 100 {1,0026}= 100,26 cm
Jadi, panjang sebatang alumunium = 100,26 cm

Jika suhu mula-mula tidak sama dengan 0° C (t bukan sama dengan 0° C) maka berlaku rumus:

Keterangan:
L2 = panjang pada suhu t2, satuan cm atau m
L1 = panjang pada suhu t1, satuan cm atau m
a angka muai panjang, satuan / °C
t2 = suhu sesUdah dipanaskan, satuan °C
t1 = suhu sebelum dipanaskan, satuan °C

Contoh Soal:
Sebatang besi pada suhu 30° C panjangnya 100 cm, dipanaskan hingga suhunya 90° C.
Berapakah pertambahan panjang besi jika koefisien muai panjang besi 0,000012/ °C?

Penyelesaian:

Diketahui
t1 = 30 C, L1 = 100 cm, t2 = 90° C
cx=0,0000121°C

Ditanya
Jawab : L2 = L1 {1 + a.. At) AL = L2 - L1
= 100{1 +0,000012x(90-30)} = 100,072- 100
= 100 {1 + 0000012 x 60} 0,072 cm
= 1000{1 +0,00072}
= 100,072 cm
Jadi pertambahan panjangnya adalah 0,072 cm

Koefisien Muai Ruang (Muai Volum)
Yaltu angka yang menunjukkan pertambahan volum untuk tiap 1 m3 bahan yang mengalami kenaikan suhu 10 C. Koefisien muai ruang dilambangkan “g" dibaca gamma. Besar angka muai ruang gamma dengan tiga kali muai panjang, bila dinyatakan dengan rumus:

y = 3a atau cx =1/3 Y

Persamaan yang berlaku pada mual ruang dapat dinyatakan dengan

Vt = Vo {1 + y . At}

Keterangan:
V1 = Volum pada suhu t °C
Vo = Volum pada suhu 0°C
y = Koefisien muai ruang / °C
At = Seljsih kenaikan suhu dan 0° C menjadi t°C

Untuk menentukan besarnya koefisien muai ruang dapat ditulls:
y = AV/Vo.t atau y = Vt - Vo/Bo.t

Contoh Soal:
1. Volum sebuah kubus yang terbuat dari logam pada suhu 0° adalah 2 dm3. Berapa volum kubus itu pada suhu 100°C, bila koefisien muai panjang logam = 0,0000171°C?
Penyelesaian:
Diketahui :
V0 = 2 dm3, t0 = 0°C
t1 = 100°C, cx 00000171°C

Jawab :
V = V0 {1 + y . Zt}
= 2 (1 + 3 x 0,000017 (100 - 0)}
= 2 {1 + 0,000051 x 100}
= 2 {1 + 0,0051}
= 20102dm3
Jadi, volum kubus adalah 2.0102 dm3

2. Volum minyak tanah dalam sebuah wadah pada suhu 0°C adalah 1 dm3, setelah dipanaskan
hingga mencapai suhu 100° C volum menjadi 1,0955 dm3.
Penyelesaian:
Berapakah:
a. Koefisien muai ruang
b. Koefisien muai panjang

Diketahul
Vo = = 1 dma, Vt= 1,0955 dm3
ti = 100°C

Ditanya :
a. y
b. a

Jawab :
a. y = Vt-Vo/Vo.t = 1,09551-1/1x1000

y = 0,0009551°C

b. cx = 1/3 y

= 1/3 x 0,000955
= 0, 000318/°C

Bila zat cair atau padat volum mula-mula V1 dan suhu t1 dipanaskan hingga menjadi V2 dan t2 maka berlaku.

Rumus: V2 = V1 {1 + y. At}

Keterangan:
y = koefisien muai ruang
V1 = volum benda pada suhu t1
V2 = volum benda pada suhu t2
At = kenaikan suhu dan t1°C menjadi t2°C = (t2 - t1)

Contoh Soal:
Volum kubus tembaga pada 30°C sarna dengan 1 dm3 dan koefisien muai panjangnya 0,000017/°C.
Berapa volum kubus tembaga pada suhu 120°C

Penyelesaian:
Diketahui :
t1 = 30°C
V1 = 1 dm3
a = 0,000017/°C
t2 = 120°C

Ditanya : V2

Jawab:

V2 = V1{1+y.At}
= I {1 + 3 x 0.000017 x (120 - 30))
= I {1 + 0.000051 x 90)
= 1 {1.00459)
= 100459dm3
Jadi, volum kubus adalah 1,00459 dm3

Koefisien Muai Gas
Angka muai gas untuk semua jenis gas besarnya sama yaitu : Ygas = f°C
Untuk menghitung perubahan volum terhadap perubahan suhu pada tekanan tetap digunakan
rumus :

Vt = Vo {1 + y. t} atau Vt = Vo {1 + 1/273 . t}

Keterangan:
y = koefisien muat gas = 1/273 1°C
t = kenaikan suhu dari 0°C menjadi t°C
Vo = volum gas pada 0°C
Vt = volum gas pada t°C

Contoh soal:
Volum gas yang terdapat di dalam sebuah kubus 2 C pada suhu 0°C. Berapa volum gas, bila
dipanaskan menjadi 30°C?
Penyelesaian:

Diketahui :
Vo 2l
t = 30°C

Ditanya : Vt
Jawab :
V1 Vo {1 + y. t}
= 2{1 + 30/273 } = 2,0073 liter

Jadi, volum gas adalah 2.0073 liter

Untuk menghitung perubahan tekanan terhadap perubahan suhu pada volum tetap digunakan persamaan :

P = Po (1+ At/273)

Keterangan
Pt = tekanan pada suhu t
Po = tekanan pada suhu 0°
Dt = perubahan suhu

Bimetal
Bimetal dapat diartikan dua keping logam yang angka muai panjangnya berbeda-beda dan dikeling atau digabung menjadi satu.

Gambar bimetal:

Bila bimetal dipanaskan maka akan melengkung ke arah logam yang angka muainya keciL
Penggunaan bimetal antara lain:
• Sebagai saklar otomatis
• Untuk trmostat
• Termometer bimetal

Anomali Air

• Anomali air adalah keanehan pemuaian pada air.
• Gambar grafis anomali air
• Air dipanaskan dari suhu 0°C sampai 4°C volumnya menyusut
• Air pada suhu 4°C volumnya terkecil dan massa jenisnya terbesar.
• Akibat anomali air
1) Es terapung di air
2) p air > p pes
3) Bentuk es lilin menggelembung di bagian tengah

Penerapan Pemuaian
• Untuk termometer air raksa, alkohol, bimetal
• Untuk memasang ban baja pada kereta api
• Untuk melepas tutup botol dan logam yang mengalami kesulitan
• Untuk pemasangan kaca jendela
• Untuk pemasangan kawat telepon
• Untuk pemasangan jembatan