A. Pemuaian Zat Padat

SEKOLAH MENENGAH PERTAMA
ABDI KASIH BANGSA
YEAR 7
SAINS
Topik 2
A. Pemuaian Zat Padat
Pemuaian merupakan bertambahnya ukuran suatu benda karena pengaruh perubahan suhu atau
bertambahnya ukuran suatu benda karena menerima kalor.
Gambar Pemuaian pada batang logam
Pemuaian pada zat padat ada 3 jenis yaitu pemuaian panjang (untuk satu demensi), pemuaian luas (dua
dimensi) dan pemuaian volume (untuk tiga dimensi).
Pemuaian panjang
merupakan bertambahnya ukuran panjang suatu benda karena menerima kalor.
Contoh benda yang hanya mengalami pemuaian panjang saja adalah kawat kecil yang panjang sekali.
Pemuaian panjang suatu benda dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu panjang awal benda, koefisien muai
panjang dan besar perubahan suhu. Koefisien muai panjang suatu benda sendiri dipengaruhi oleh jenis benda
atau jenis bahan. Alat yang digunakan untuk mengukur pemuaian panjang zat padat adalah muschenbroek
Gambar muschenbroek
Secara matematis persamaan yang digunakan untuk menentukan pertambahan panjang benda setelah
dipanaskan pada suhu tertentu adalah
L = L0 (1 + α ∆T)
0
L = panjang zat padat pada T2 C (m)
L0 = panjang zat padat pada T10C (m)
∆T = Perubahan suhu (0C)  ∆T = T2 - T1
α = koefisien muai panjang (/0C)
T1 = suhu benda sebelum dipanaskan (0C)
T2 = suhu benda setelah dipanaskan (0C)
1
SEKOLAH MENENGAH PERTAMA
ABDI KASIH BANGSA
YEAR 7
No
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Tabel. Koefisien muai panjang
Jenis zat
Koefisien muai pnjang( /0C)
Aluminium
0,000026
Kuningan
0,000019
Baja
0,000011
Tembaga
0,000017
Kaca
0,000009
Pireks
0,000003
Berlian
0,000001
Grafit
0,000008
Platina
0,000009
Besi
0,000012
Pemuaian luas
merupakan pertambahan ukuran luas suatu benda karena menerima kalor.
Contoh benda yang mempunyai pemuaian luas adalah lempeng besi yang lebar sekali dan tipis.
A = A0 (1 + β ∆T)
0
A = luas zat padat pada T2 C (m)
A0 = luas zat padat pada T10C (m)
∆T = Perubahan suhu (0C)  ∆T = T2 - T1
β = koefisien muai luas (/0C)  β = 2α
T1 = suhu benda sebelum dipanaskan (0C)
T2 = suhu benda setelah dipanaskan (0C)
Pemuaian volume
merupakan pertambahan ukuran volume suatu benda karena menerima kalor.
Contoh benda yang mempunyai pemuaian volume adalah kubus, air dan udara.
V = V0 (1 + γ ∆T)
V = volume zat padat pada T20C (m)
V0 = volume zat padat pada T10C (m)
∆T = Perubahan suhu (0C)  ∆T = T2 - T1
3
γ = koefisien muai volume (/0C)  γ = 3α = 2β  khusus gas 𝛾 =
1
273
(/0C)
T1 = suhu benda sebelum dipanaskan (0C)
T2 = suhu benda setelah dipanaskan (0C)
B. Pemuaian Zat Cair
Pada zat cair tidak melibatkan muai panjang ataupun muai luas, tetapi hanya dikenal muai ruang atau muai
volume saja. Semakin tinggi suhu yang diberikan pada zat cair itu maka semakin besar muai volumenya.
Pemuaian zat cair untuk masing-masing jenis zat cair berbeda-beda, akibatnya walaupun mula-mula volume
zat cair sama tetapi setelah dipanaskan volumenya menjadi berbeda-beda. Pemuaian volume zat cair terkait
dengan pemuaian tekanan karena peningkatan suhu. Titik pertemuan antara wujud cair, padat dan gas
disebut titik tripel.
2
SEKOLAH MENENGAH PERTAMA
ABDI KASIH BANGSA
YEAR 7
Khusus untuk air, pada kenaikan suhu dari 0º C sampai 4º C volumenya tidak bertambah, akan tetapi justru
menyusut. Pengecualian ini disebut dengan anomali air. Oleh karena itu, pada suhu 4ºC air mempunyai
volume terendah. Hubungan volume dengan suhu pada air dapat digambarkan pada grafik berikut.
Pada suhu 4ºC, air menempati posisi terkecil sehingga pada suhu itu air memiliki massa jenis terbesar. Jadi
air bila suhunya dinaikkan dari 0ºC – 4ºC akan menyusut, dan bila suhunya dinaikkan dari 4ºC ke atas akan
memuai. Biasanya pada setiap benda bila suhunya bertambah pasti mengalami pemuaian. Peristiwa yang
terjadi pada air itu disebut anomali air. Hal yang sama juga terjadi pada bismuth dengan suhu yang berbeda.
V = V0 (1 + γ ∆T)
V = volume zat cair pada T20C (m)
V0 = volume zat cair pada T10C (m)
∆T = Perubahan suhu (0C)  ∆T = T2 - T1
γ = koefisien muai volume (/0C)
T1 = suhu sebelum dipanaskan (0C)
T2 = suhu setelah dipanaskan (0C)
C. Pemuaian pada Gas
Gas juga megalamai pemuaian layaknya pada pemuaian zat cair dan zat padat. Khusus untuk pemuaian zat
ini agak berbeda dengan pemuaian zat padat dan pemuaian zat cair. Ada satu variabel yang sangat
menentukan pemuaia zat gas yaitu tekanan.
Mungkin kamu pernah menyaksikan mobil atau motor yang sedang melaju di jalan tiba-tiba bannya
meletus?. Ban mobil tersebut meletus karena terjadi pemuaian udara atau gas di dalam ban. Pemuaian
tersebut terjadi karena adanya kenaikan suhu udara di ban mobil akibat gesekan roda dengan aspal.
3
SEKOLAH MENENGAH PERTAMA
ABDI KASIH BANGSA
YEAR 7
Pemuaian pada gas adalah pemuaian volume yang dirumuskan sebagai
V = V0 (1 + γ ∆T)
0
V = volume zat gas pada T2 C (m)
V0 = volume zat gas pada T10C (m)
∆T = Perubahan suhu (0C)  ∆T = T2 - T1
γ
= koefisien muai volume (/0C)  khusus gas 𝛾 =
1
273
(/0C)
T1 = suhu sebelum dipanaskan (0C)
T2 = suhu setelah dipanaskan (0C)
a. Pemuaian Gas pada Suhu Tetap (Isotermal)
Pemuaian gas pada suhu tetap berlaku hukum Boyle, yaitu gas di dalam ruang tertutup yang suhunya dijaga
tetap, maka hasil kali tekanan dan volume gas adalah tetap. Dirumuskan sebagai:
P = tekanan gas (atm)
V = volume gas (L)
b. Pemuaian Gas pada Tekanan Tetap (Isobar)
Pemuaian gas pada tekanan tetap berlaku hukum Gay Lussac, yaitu gas di dalam ruang tertutup dengan
tekanan dijaga tetap, maka volume gas sebanding dengan suhu mutlak gas. Dalam bentuk persamaan dapat
dituliskan sebagai:
Keterangan:
V = volume (L)
T = suhu (K)
c. Pemuaian Gas Pada Volume Tetap (Isokhorik)
Pemuaian gas pada volume tetap berlaku hukum Boyle-Gay Lussac, yaitu jika volume gas di dalam ruang
tertutup dijaga tetap, maka tekanan gas sebanding dengan suhu mutlaknya. Hukum Boyle-Gay Lussac
dirumuskan sebagai
Dengan menggabungkan hukum boyle dan hukum Gay Lussac diperoleh persamaan
P = tekanan (atm)
V = volume (L)
T = suhu (K)
4
SEKOLAH MENENGAH PERTAMA
ABDI KASIH BANGSA
YEAR 7
Contoh Pemuaian
Jenis
Pemuaian Zat
Contoh
Pemuaian Zat
Pemuaian
Zat padat
1. Rel Kereta Api yang bengkok karena panas
2. Kabel listrik/telepon yang lebih kendur ketika siang hari
3. Bimetal pada alat-alat listrik seperti pada setrika yang akan
mati sendiri ketika sudah terlalu panas.
4. Pemuaian pada kaca rumah.
5. Mengeling
Pelat
Logam
Umumnya
dilakukan
pada pembuatan container dan badan kapal besar.
6. Pemasangan
Ban
Baja
pada
Roda
Lokomotif
Dilakukan dengan cara memanaskan ban baja hingga
memuai kemudian dipasangkan pada poros roda,setelah
dingin
akan
menyusut
dan
mengikat
kuat.
Pemuaian
Zat Cair
1. Termometer
Memanfaatkan
pemuaian
zat
cair
(raksa atau alkohol) pada tabung termometer.
2. Air
dalam
panci
akan
meluap
ketika
dipanaskan. (selain dipengaruhi oleh konveksi kalor
peristiwa ini juga dipengaruhi oleh pemuaian air)
Pemuaian
zat Gas
1. Balon yang meletus terkena panas.
2. Roda kendaraan yang meletus terkena panas
5
SEKOLAH MENENGAH PERTAMA
ABDI KASIH BANGSA
YEAR 7
contoh soal
Pemuaian Panjang
Sebuah logam pada mulanya memiliki panjang 20 cm. Kemudian menerima kalor dan suhunya naik sebesar
40 derajat. Jika koefisien muai panjang logam tersebut adalah 0,001/oC Maka berapa panjang logam tersebut
setelah suhunya naik?
Pemuaian Luas
sebuah lempeng logam mula-mula mempunyai luas 100 cm2 lalu menerima kalor sehingga suhunya naik
50oC, jika koefisien muai panjang lempeng logam tersebut adalah 0,001/oC maka berapa pertambahan luas
lempeng logam tersebut?
Pemuaian Volume
Sebuah kubus dengan rusuk 10 cm dan koefisien muai panjang 0,001/oC. Kubus tersebut diberi kalor
sehingga suhu awalnya yang 30oC mejadi 80oC, berapakah pertambahan volume dan volume akhir kubus
tersebut?
6