Pemuaian zat dan pambahasan soal

Pemuaian (Expansion) dapat terjadi apabila zat dipanaskan atau menerima kalor dan akan menyusut jika didinginkan. Dari uraian tersebut bahwa pemuaian dapat diartikan adanya pertambahan suatu ukuran benda akibat suhu zat tersebut mengalami kenaikan.. Alat yang dapat menyelidiki muai panjang berbagai zat padat yaitu alat Musschenbrock. Berdasarkan alat muscschenbrock bahwa muai panjang zat padat dipengaruhi oleh faktor antara lain:1. panjang awal (yaitu semakin besar panjang awal benda, maka muai panjang akan semakin besar, 2. Kenaikan suhu ΔT yaitu semakin besar kenaikan suhu, maka muai panjang akan semakin besar pula, 3. Bergantung pada jenis bahan. Jadi, besar pemuaian dari suatu benda tergantung dari jenis zat pembentuk benda. Pemuaian zat dapat terjadi pada zat padat, gas dan cair untuk lebih mendalami ketiga zat tersebut mari kita simak uraian dibawah ini lebih lanjut.

Pada dasarnya pemuaian dapat memunculkan masalah dan manfaat. Adapun manfaat pemuaian diantaranya:

a.       Pemasangan roda di ban baja.

b.      pembuatan keping bimetal yang bermanfaat pada termostat, lampu sen kendaraan, dll

c.       penggilingan logam pada pembuatan badan kapal

Masalah yang diakibatkan dari pemuaian:

a.       Jembatan dapat melengkung

b.      Rel kereta api melengkung.

c.       Kaca jendela retak.

PEMUAIAN ZAT PADAT

Jika suatu zat padat dipanaskan, akan memuai ke segala arah. Dalam hal ini, pemuaian zat padat ada 3 yaitu pemuaian panjang, luas dan volume.

a.    Pemuaian panjang

Ketika zat padat dipanaskan dengan mengabaikan lebar dan tebal terhadap panjangnya, maka akan mengalami pemuaian panjang. Seperti, jarum dan kawat logam mengalami pemuaian saat dipanaskan. Persamaan pertambahan panjang logam dapat dirumuskan sebagai berikut:

b.    Pemuaian Luas

Sebuah pelat akan mengalami pemuaian luas, apabila suatu pelat zat padat dipanaskan. Namun, tinggi dan tebal zat padat tersebut harus diabaikan terhadap luasnya. Pemuaian bidang atau luas adalah perkalian pemuaian panjang kali panjang. Persamaan pemuaian luas yaitu:

c.    Pemuaian Volume

Pemuaian volume dapat diartikan pertambahan terhadap suatu volume benda karena benda tersebut menerima kalor. Perubahan volume dapat terjadi pada benda jika benda tersebut mempunyai ukuran panjang, lebar dan ketebalan benda contohnya adalah kubus, dan air.

Untuk menentukan koefisien muai volume yaitu dengan cara 3 kali koefisien muai panjang karena volume tidak lain adalah bentuk lain panjang dalam 3 dimensi sehingga persamaannya menjadi:

PEMUAIAN ZAT CAIR

Pada pemuaian zat cair tidak mengalami muai panjang dan muai luas. Akan tetapi mengalami muai volume. Sehingga persamaan untuk pemuaian zat cair yaitu:

 Dari persamaan diatas tidak berlaku bagi air pada suhu antara 0°C - 4°C hal ini disebabkan adanya anomali air pada daerah suhu tersebut. untuk suhu diluar daerah tersebut maka persamaanya berlaku. Sementara Semakin tinggi suhu diberikan zat cair maka semakin besar muai volume zat cair tersebut. pemuaian zat cair yang dimiliki masing-masing jenis zat cair akibatnya meskipun pada awalnya volume zat cair sama akan tetapi setelah dipanaskan maka volume zat cair akan berbeda. pemuaian pada volume zat cair ada kaitannya dengan Pemuaian tekanan terhadap peningkatan suhu. Grafik dibawah adalah hubungan tekanan terhadap peningkatan suhu.

Pengertian titik tripel yaitu titik dimana pertemuan antara wujud cair padat dan gas.

PEMUAIAN GAS

Seperti halnya dengan pemuaian zat cair, pemuaian gas juga mengalami pemuian volume. Namun jika ditinjau dari kenaikan suhu yang sama maka pemuaian volume gas lebih besar daripada pemuaian volume zat cair. Selain itu, gas juga dapat mengalami pemuaian tekanan pada volume tetap, pemuaian gas yang memenuhi hukum Boyle, hukum Charles, hukum Guy lussac, hukum Tekanan.

a.    Hukum Boyle

Menurut hukum Boyle, pada suhu tetap (isotermal), volume gas berbanding terbalik dengan tekanan yang diberikan asalkan suhu gas dipertahankan konstan. Secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut:

P sebanding 1/V

P V   = C

P₁V₁ = P₂V₂

Dimana;

P₁ = Tekanan gas mula-mula          P₂  = Tekanan gas akhir

V₁= Volume gas mula-mula           V₂ = Volume gas akhir

Apabila piston ditekan hingga volume gas menjadi setengah dari volume semula maka tekanan gas akan menjadi dua kali lipat, asalkan suhu gas dipertahankan tetap.

b.    Hukum  Charles

Pada hukum Charles ketika tekanan gas dipertahankan tetap (isobarik) maka volume gas sebanding dengan suhu absolutnya. Secara matematis dituliskan sebagai berikut:

V sebanding T

V/T   = C

V₁/T₁ = V₂/T₂

Dimana;

T₁ = Suhu absolut gas mula-mula               T₂  = Suhu absolut gas akhir

V₁= Volume gas mula-mula                       V₂ = Volume gas akhir

Berdasarkan hukum ini disimpulkan bahwa, jika gas dipanaskan hingga suhunya menjadi dua kali lipat, maka volume gas juga akan menjadi dua kai lipat asalkan tekanan gas dipertahankan tetap. Pada suhu absolut dinyatakan dalam K (Kevin). Hubungan antara suhu kelvin (K) dan suhu Celcius (C) dinyatakan dengan rumus : K = C + 273.

c.    Hukum Gay Lusac

Pada hukum tekanan menyatakan bahwa tekanan gas sebanding dengan suhu mutlaknya asalkan volumenya dipertahankan tetap (isobar).

P sebanding T

P/T   = C

P₁/T₁ = P₂/T₂

Dimana;

T₁ = Suhu absolut gas mula-mula               T₂  = Suhu absolut gas akhir

P₁ = Tekanan gas mula-mula                      P₂  = Tekanan gas akhir

Jika gas dipanaskan pada volume tetap hingga suhunya dua kali suhu semula, maka tekanan gas menjadi dua kai lipat tekanan semula.

       d.    Hukum Boyle-Gay Lussac

       Berdasarkan hukum Boyle-Gay Lussac, maka pemuaian gas secara matematis memenuhi           persamaan berikut:

CONTOH SOAL

Soal 1

Sebatang kawat mempunyai panjang mula-mula 50 cm pada suhu 10⁰ C. Apabila koefisien muai panjangnya 1,1 x 10^-5/⁰C. Berapakah panjang kawat pada suhu 50⁰ C!

Jawab:

Soal 2

Jika dua rel kereta terbuat dari baja memiliki panjang masing-masing 20 m pada suhu 20⁰C akan disambung untuk membentuk suatu lintasan kereta. Suhu maksimum adalah 40⁰C dan koefisien baja = 11 x 10^-6/⁰C. Berapakah lebar celah minimum yang harus disediakan diantara kedua sambungan rel?

Jawab:

Soal 3

Alfi memiliki bejana baja yang volumenya 5 L. Terdapat 95% volumenya berisi alkohol. Apabila suhu awal bejana 0⁰C dan dipanaskan sampai pada suhu 80⁰C. Berapakah volume alkohol yang tumpah?

Jawab:

Demikian uraian mengenai Pemuaian, semoga bermanfaat. Terimakasih telah berkunjung ke portal kami.