PEMUAIAN

PEMUAIAN ZAT

I. RINGKASAN MATERI
Hampir semua zat akan mengalami pemuaian jika dipanaskan. Tetapi ada beberapa zat akan menyusut pada daerah suhu tertentu jika dipanaskan, misalnya Bismuth dan air. Peristiwa pemuaian berbagai zat dapat kita lihat dalam kehidupan sehari-hari, misalnya : pemasangan kaca pada daun jendela, pemuaian raksa pada thermometer dan pemuaian udara pada ban mobil

1. Pemuaian Zat Padat
Pada umumnya zat padat akan memuai jika dipanaskan dan akan menyusut jika didinginkan. Pemuaian zat padat ini disebabkan atom-atom penyusun zat bergetar lebih cepat sehingga volume benda bertambah besar dan kerapatan benda berkurang. Pemuaian berbagai jenis logam dapat diselidiki dengan alat Musschenbroek, dimana dengan alat ini dapat terlihat bahwa masing-masing jenis logam memiliki pertambahan panjang berbeda-beda pada kenaikan suhu yang sama. Pertambahan panjang batang logam ini disebut muai panjang, yang nilainya :
a. sebanding dengan kenaikan suhu, artinya semakin besar kenaikan suhu semakin besar pemuaiannya.
b. sebanding dengan panjang benda semula, artinya semakin panjang batang yang dipanaskan semakin besar pemuaian yang terjadi.
c. bergantung jenis zat, karena masing-masing zat padat memiliki angka muai berbeda.

2. Pemuaian Zat Cair
Zat cair pada umumnya memuai jika dipanaskan kecuali air pada daerah suhu tertentu menyusut. Pemuaian zat cair adalah pemuaian ruang ( volume ). Pertambahan volume zat cair jika dipanaskan disebut muai ruang. Muai zat cair dapat diselidiki dengan alat dilatometer, yaitu sebuah labu yang mempunyai pipa kecil berskala.

3. Pemuaian Gas.
Percobaan menunjukkan bahwa gas memuai jika dipanaskan. Pemuaian gas ini dapat ditunjukkan dengan percobaan sederhana, yaitu pemanasan labu bertangkai dengan ujung tangkai labu dimasukkan kedalam air.Gelembung-gelembung udara yang terjadi menunjukkan pemuaian udara / gas.



Pemuaian zat Padat Pemuaian Zat Cair Pemuaian Gas

PENGARUH SUHU TERHADAP PEMUAIAN
1. Pemuaian Zat Padat
Zat padat jika dipanaskan akan mengalami pemuaian panjang, luas dan volume ( ruang )
Pemuaian panjang untuk bentuk batang, muai luas untuk bentuk bidang dan muai ruang
untuk bentuk kubus, balok, silinder, kerucut dan bola.
a. Pemuaian Panjang
100 cm



100.17 cm
0.17

Contoh : Batang tembaga pada suhu 00 C, panjang 100 cm ( L0 )
Dipanaskan sampai bersuhu 1000 C, panjangnya menjadi 100,17 cm ( L100 )
Pertambahan panjang 100 cm tembaga dari suhu 00 C – 1000 C = 100.17 cm – 100 cm = 0.17 cm
Pertambahan panjang 1 cm tembaga jika suhunya naik 10 C adalah :
0.000017 cm
=
= L100 - L0 0.17
L0 . 100 100 . 100
Secara umum jika batang logam pada suhu t 10 C, panjang L1 dipanaskan samapai suhu t 20 C panjangnya menjadi L2 maka dperoleh tetapan pemuaian panjang sebesar α (alfa ), ditulis dengan persamaan :
L2 – L1
L1 . (t2 – t1)0 C α = ----------------- dapat juga ditulis L2 = L1 { 1 + α (t2 – t1)}


Tabel Koefisien Muai Panjang beberapa zat ( / 0 C )
Jenis Zat
Koefisien muai panjang ( α )
Aluminium
Perunggu
Tembaga
Besi
Baja
Platina
Kaca
Grafit
Kaca Pyrex
Berlian
0.0000255 / 0 C
0.000019 / 0 C
0.000017 / 0 C
0.000012 / 0 C
0.000011 / 0 C
0.000009 / 0 C
0.000009 / 0 C
0.000008 / 0 C
0.000003 / 0 C
0.000001 / 0 C

b. Pemuaian Luas
Jika benda padat yang dipanaskan tidak berbentuk batang, tetapi berbentuk bidang maka yang kita perhatikan adalah muai luasnya. Misalnya : lembar kaca, lembar seng, lembar baja dan lain sebagainya.


A1 A2


Sebelum dipanaskan
pemuaian luas bidang


Persamaan angka muai luas sebuah bidang dapat ditulis :
A2 – A1
A1 . ( t2 – t1 )

β = ---------------- dapat juga ditulis A2 = A1 { 1 + β . ( t2 – t1 ) }


dimana A1 = luas bidang pada suhu t10 C, A2 = luas bidang pada suhu t20 C
β ( beta ) = angka muai luas, dengan β = 2. α
c. Pemuaian ruang / pemuaian Volume.
Zat padat dapat mengalami muai ruang jika bentuknya kubus, balok, silinder, kerucut atau bola.
Misalnya : Jika sebuah zat padat, pada suhu 00 C mempunyai volume V0 dipanaskan sampai suhu t0 C sehingga volumenya menjadi Vt dan angka muai ruang zat tersebut adalah γ ( gamma ), maka dapat ditulis persamaan :

Vt – V0
γ = ---------- dapat juga ditulis Vt = V0 ( 1 + γ. t )
V0 . t

Jika pemanasan dari suhu t10 C sampai t20 C, maka persamaan ditulis : V2 = V1 { 1 + γ. (t2-1)}

d. Hubungan antara α, β dan γ
*. Hubungan antara α dengan β
Misalkan sebuah bujur sangkar mempunyai sisi L0 pada suhu 00 C, jika dipanaskan sampai t0 C panjang sisi bujur sangkar menjadi Lt. Luas bujur sangkar pada suhu 00 C = A0 dan luas bujur sangkar pada suhu t0 C = At.
A0 = L0 x L0 = L02 dan luas bujur sangkar setelah pemanasan At = Lt x Lt = ( Lt )2

At = { L0 ( 1 + α.t ) }2 = L02. ( 1 + α . t )2 = A0 ( 1 + 2 α . t + α2.t2 ).
Karena α untuk zat padat nilainya kecil sekali maka suku-suku yang mengandung α2 dapat diabaikan. Sehingga At = A0 ( 1 + 2. α. t ) dan dari persamaan pemuaian luas At = A0 (1+β.t )
β = 2 . α
. Kesimpulan : A0 ( 1 + 2. α. t ) = A0 (1+β.t )
2.α = β
*. Hubungan antara koefisien muai panjang ( α ) dengan koefisien muai ruang ( γ ).
Misalkan sebuah kubus memiliki sisi L0 pada suhu 00 C, dengan volume V0. Dipanaskan sampai suhu t0 C maka sisinya menjadi Lt dan volume kubus pada suhu t0 C adalah Vt.
V0 = L0 x L0 x L0 = L03 dan Vt = Lt x Lt x Lt = { L0 ( 1 + α . t ) }3 = L03. ( 1 + α. t )3
Vt = V0 . ( 1 + 3 α. t + 3. α2. t2 + α3. t3 )
Suku-suku yang mengandung α2, α3 diabaikan, maka Vt = V0 . ( 1 + 3. α. t ).
Vt = Vt
V0 ( 1 + γ. t ) = V0 . ( 1 + 3. α. t ).
γ = 3. αJadi γ = 3. α

Vt = Lt3

V0 = L03


2. Pemuaian Zat Cair dan Gas
Zat cair jika dipanaskan, akan mengalami pemuaian ruang / volume, sebab zat cair bentuknya mudah berubah mengikuti bentuk tempatnya. Untuk pemanasan zat cair dari 00 C sampai t0 C, menggunakan persamaan :

Vt = V0 ( 1 + γ . t )

Zat cair sebelum dipanaskanUntuk pemanasan zat cair dari suhu t10 C sampai t20 C, menggunakan persamaan :

V2 = V1. { 1 + γ . ( t 2 – t 1 ) }
Udara memuaiKoefisien Muai Ruang beberapa jenis zat cair dan udara
Udara menyusut
Jenis Zat
Angka Muai Ruang ( γ )
Raksa
Alkohol ( metyl )
Alkohol ( etyl )
Aceton
Udara ( gas )

0.00018 / 0 C
0.00120 / 0 C
0.00110 / 0 C
0.00150 / 0 C
0.00367 / 0 C


V2 = V1.{ 1 + γ ( t2 – t1 )}Demikian pula untuk pemanasan gas, pemuaiannya adalah pemuaian ruang. Sehingga persamaan muai ruang / volume dituliskan :

3. Keanehan pemuaian air ( Anomali Air )
Kebanyakan zat akan memuai jika dipanaskan, tetapi air memiliki pengecualian, yakni memuai ketika suhunya turun dari 40 C sampai 00 C dan akan menyusut ketika dipanaskan dari 00 C sampai 40 C. Hal ini dapat menjawab mengapa es batu akan terapung di air, ketika suhu air turun dari 40 C sampai 00 C, volume air memuai menyebabkan massa jenis air menjadi kecil. Karena massa jenis es lebih kecil dari pada massa jenis air, maka es akan terapung.
Grafik hubungan antara volume air dengan suhu
Volume



Suhu ( 0 C )
0 4 8 12
Grafik hubungan antara suhu dengan massa jenis air
Massa jenis



Suhu
0 1 2 3 4 5 6 7 8
4. Masalah-masalah yang ditimbulkan oleh Pemuaian Zat
a. Pemasangan kaca jendela
b. Sambungan rel kereta api
c. Celah pada jembatan
d. Celah pemuaian pada sambungan sebuah jembatan
e. Pemasangan kawat telepon atau kawat listrik di jalan-jalan
5. Manfaat Pemuaian Zat dalam kehidupan sehari-hari
a. Pengelingan logam
b. Keping Bimetal
c. Pemasangan roda ban baja pada lokomotif





UJI KOMPETENSI PEMUAIAN ZAT
A. Pilihlah salah satu jawaban yang paling tepat, dengan memberi tanda silang ( X ) pada huruf didepannya!.
1. Zat padat jika dipanaskan akan mengalami pemuaian ….
a. ruang c. panjang
b. luas d. panjang, luas dan volume
2. Yang memuai terbesar jika dipanasi dengan kenaikan suhu 10 C adalah ….
a. zat padat c. gas
b. zat cair d. tidak dapat ditentukan
3. Pernyataan mengenai pemuaian yang benar di bawah ini adalah ….
a. muai zat padat lebih besar dari pada muai zat cair
b. muai zat padat lebih kecil dari pada muai zat cair
c. muai zat padat sama dengan muai zat cair
d. zat cair tidak memuai jika dipanaskan
4. Sebuah logam dipanaskan. Manakah diantara pernyataan berikut yang menunjukkan apa yang terjadi dengan volume, massa jenis dan massanya

Hasil
Volume
Massa Jenis
Massa
A
B
C
D
Bertambah
Bertambah
Bertambah
tetap
Berkurang
Bertambah
Bertambah
berkurang
Tetap
Bertambah
Tetap
tetap
5. Contoh manfaat peristiwa pemuaian adalah seperti di bawah ini, kecuali ….
a. melepaskan sumbat botol dari leher botol yang sempit
b. pemasangan poros pada lobang as
c. sakelar bimetal
d. pemasangan kaca jendela pada bingkainya
6. Jika sebuah keping bimetal dipanasi, maka bimetal itu ….
a. melengkung pada kedua arah
b. tetap lurus atau tidak melengkung
c. melengkung ke arah logam yang koefisien muainya besar
d. melengkung kea rah logam yang koefisien muainya kecil
7. Percobaan dengan alat Musschenbroek menunjukkan ….
a. pemuaian berbagai logam berbeda
b. pemuaian berbagai logam sama
c. pemuaian berbagai zat cair sama
d. pemuaian berbagai gas sama
8. Pemuaian zat cair lebih besar dari pada pemuaian zat padat, ditunjukkan pada peristiwa ….
a. botol berisi penuh air dan di sumbat akan pecah ketika di simpan dalam kulkas
b. gelas berisi air, dinding luar gelas basah
c. raksa cepat menyebar dan mengisi pipa thermometer ketika dipanaskan
d. alcohol yang dimasukkan kedalam botol sampai penuh tidak tumpah walau dipanaskan
9. Pada umumnya zat akan memuai jika dinaikkan suhunya, kecuali ….
a. minyak dari 00 C sampai 40 C c. gas dari 00 C sampai 2730 C
b. air dari 00 C sampai 40 C d. aluminium dari 00 C sampai 1800 C
10. Perhatikan gambar di bawah ini ! Di dalam air akan timbul gelembung-gelembung udara, karena ….
a. udara yang terlarut di dalam air naik ke permukaan
b. udara yang terdapat di dalam dilatometer memuai
c. pipa di dalam dilatometer menyempit
d. pemuaian yang tidak seimbang antara udara dengan air dalam bejana


11. Ban mobil yang sedang berjalan pada siang hari sering kali meletus, karena ….
a. ban mobil memuai
b. udara di dalam ban mobil memuai
c. ban memuai sedang udara di dalamnya menyusut
d. ban menyusut dan udara di dalamnya memuai
12. Kaca yang tahan terhadap perubahan suhu mendadak adalah kaca yang ….
a. koefisien muainya kecil c. lapisannya dibuat tebal
b. koefisien muainya besar d. warnanya buram
13. Kawat baja panjangnya 2 meter, dipanaskan hingga suhunya naik 100 C. Jika koefisien muai panjang baja 0,000011/0C, maka panjang baja sekarang adalah ….
a. 0,000022 meter c. 2,000022 meter
b. 0,00022 meter d. 2,00022 meter
14. Angka muai panjang baja 0,000011/0 C artinya setiap 1 meter baja jika ….
a. suhunya naik 1000 C akan bertambah panjang 0,000011 m
b. suhunya naik 1000 C akan bertambah panjang 0,000011 cm
c. suhunya naik 10 C akan bertambah panjang 0,000011 m
d. suhunya naik 10 C akan bertambah panjang 0,000011 cm
15. Gelas minum dapat pecah saat dituangi air mendidih, hal ini terjadi karena ….
a. gelas tidak tahan panas c. pemuaian gelas rendah
b. gelas tidak memuai d. gelas memuai secara mendadak
16. Pemasangan kawat jaringan listrik di jalanan di buat kendur tidak terlalu tegang, hal ini bertujuan agar ….
a. tidak putus jika memuai c. tidak tersambar petir
b. kelihatan lebih indah d. tidak putus jika menyusut
17. Perhatikan pernyataan berikut ini !
(1). Panjang mula-mula
(2). Perubahan suhu
(3). Jenis bahan
(4). Bentuk bahan
Yang mempengaruhi besarnya perubahan panjang batang logam jika dipanaskan adalah pernyataan nomor ….
a. 1 dan 3 saja c. 1, 2, dan 3
b. 2 dan 4 saja d. 1, 2, 3 dan 4
18. Sebuah bimetal terbuat dari tembaga dan baja. Koefisien muai panjang tembaga 0,000017/0 C dan koefisien muai panjang baja 0,000011/0 C, ketika dipanaskan bimetal akan ….
a. tetap lurus c. melengkung kea rah tembaga
b. melengkung ke arah baja d. melengkung dengan arah berlawanan
19. Grafik yang menunjukkan peristiwa anomali air ditunjukkan pada ….
a. c.

Vol Vol


0 4 suhu 0 4 suhu

b. d.
Vol Vol

0 4 suhu 0 4 suhu
20. Di bawah ini contoh penerapan pemuaian zat dalam kehidupan sehari-hari, kecuali ….
a. pengelingan pelat logam c. alat-alat masak dibuat dari logam
b. pemasangan roda baja pada lokomotif d. keping bimetal








B. Lengkapilah titik – titik di bawah ini agar menjadi pernyataan yang benar!

1. Atom-atom dan molekul penyusun suatu zat akan bergetar lebih cepat dari biasanya bila suhu zat ….
2. Alat untuk menyelidiki pemuaian berbagai jenis zat padat disebut ….
3. Zat cair atau gas jika dipanaskan akan terjadi muai ….
4. Termometer raksa pembuatannya mendasarkan pada perubahan….
5. Keanehan air bila dinaikkan suhunya dari 00 C sampai 40 C disebut ….
6. Untuk menyelidiki pemuaian zat cair dan gas digunakan ….
7. Bila bimetal dipanaskan akan melengkung ke arah logam yang angka muainya lebih
….
8. Contoh Menggunakan prinsip pemuaian gas
9. Bahan kaca yang tahan panas adalah ….
10. Koefisien muai panjang besi 0,000012/ ْºC, maka koefisien muai ruangnya adalah ….

C. JAWABLAH SOAL-SOAL DI BAWAH INI DENGAN BENAR DAN JELAS !
1. Apa yang di maksud dengan angka muai panjang ?
Jawab : ………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………..
2. Bagaimanakah hubungan antara angka muai panjang dengan angka muai ruang ?
Jawab : ………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………..
3. Tuliskan persamaan untuk menghitung angka muai panjang dan angka muai ruang !
Jawab : ………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………..
4. Kawat tembaga panjangnya 100 cm dipanaskan sehingga suhunya naik 80 0 C. Bila koefisien
Muai panjang tembaga 0,000017 / 0C, hitunglah panjang kawat setelah dipanaskan.
Jawab : ………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………..
5. Sebuah balok Aluminium memiliki panjang 3 cm, lebar 2 cm dan tebal 1 cm, dipanaskan suhunya naik 40 0 C. Jika koefisien muai panjang Aluminium 0,000026 / 0 C, hitunglah volume balok setelah dipanaskan !

Jawab : ………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………..