Transcript Pemuaian zat dan pemanfaatannya

Pemuaian zat dan pemanfaatannya
TUJUAN DARI BAB INI SISWA DAPAT
1. Menyimpulkan hasil percobaan proses
pemuaian pada zat padat, cair dan gas
2. menyusun rencana percobaan sederhana
untuk menunjukkan pemuaian zat cair
3. Menunjukkan prinsip pemuaian dalam
bimetal
APA ITU PEMUAIAN?
PEMUAIAN adalah bertambah panjang, luas, atau volume
suatu benda karena mendapat kalor (panas). Besarnya
pemuaian tiap zat berbeda-beda, tergantung jenis benda
dan besarnya kalor yang diterima
Pemuaian zat padat
Pemuaian zat padat ada tiga macam yaitu
1. Muai panjang
2. Muai luas
3. Muai volume
Muai panjang
Pemuaian pada benda sebenarnya terjadi kesegala
arah yaitu, panjang, luas dan volume. namun jika
benda padat yang memiliki luas penampang yang
sangat kecil, maka pemuaian terjadi hanya pada
muai panjangnya saja dan alat untuk
mengetahuinya disebut Musschenbroek.
Tabel koefisien muai panjang
No Jenis zat
Koefisien Muai panjang (/oC)
1
Alumunium
0,000026
26.10-6
2
Baja
0,000011
11. 10-6
3
Besi
0,000012
12. 10-6
4
Emas
0,000014
14.10-6
5
Kaca
0,000009
9. 10-6
6
Kuningan
0,000018
18. 10-6
7
Tembaga
0,000017
17. 10-6
8
Platina
0,000009
9. 10-6
9
Timah
0,00003
3. 10-5
10 Seng
0,000029
29. 10-6
11 Pyrex
0,000003
3. 10-6
12 Perak
0,00002
3. 10-5
Faktor-faktor yang mempengaruhi pertambahan
panjang benda pada saat memuai
1. Panjang awal
2. Koefisien muai panjang (jenis bahan)
3. Kenaikan suhu
Secara matematis dapat dirumuskan sebagai
berikut
Contoh Soal
Pada suhu 15oC panjang kawat adalah 70 m, jika koefisien
muai panjangnya 0,00001/oC dan suhunya menjadi 70oC,
berapakah:
1. Panjang kawat kemudian
2. Pertambahan panjang kawat
Penyelesaian
Diketahui
T0 = 15oC
L0 = 70 m
α = 0,00001/oC
T1 = 70oC
Ditanya?
L1 dan ΔL?
Jawab
L1 =L0 (1+ α(T1 – T0))
L1 = 70 (1 + 0,00001 (70-15))
L1 = 70 (1 + 0,00001 (55))
L1 = 70 (1 + 0,00055)
L1 = 70 . 1,00055 = 70,0385 m
ΔL = L2 - L1 = 70,0385 m – 70 m
ΔL = 0,0385 m
Soal
1. Sebatang kawat alumunium yang memiliki panjang mulamula 40 cm dipanaskan dari suhu 30oC sampai 80oC. Jika
koefisien muai panjang alumunium sebesar 0,000026/oC,
berapakah pertambahan alumunium itu?
2. Sebuah kawat tembaga dipanaskan dari suhu 25oC sampai
75oC. Jika panjang kawat tembaga mula-mula 100 cm dan
koefisien muai panjang logam tembaga sebesar
0,000017/oC, berapakah panjang kawat tembaga itu saat
suhunya 75oC?
3. Sebatang kawat baja pada suhu awal 40oC memiliki
panjang mula-mula sebesar 100 cm. jika koefisien muai
panjang 0,000011/oC, kawat baja itu dapat mengalami
pertambahan panjang sebesar 0,022 cm, maka berapakah
suhu akhir kawat baja tersebut?
4. Besi dengan panjang 1 m dipanaskan dari suhu 20oC
sampai 220oC. Jika koefisien muai panjang besi
0,000012/oC, berapakah pertambahan panjang besi dan
panjang besi pada suhu 220oC?
Muai Luas
Benda padat yang mempunyai luasan bidang jika
dipanaskan secara merata maka pemuaiannya
meliputi seluruh permukaan luasan bidang tersebut
dengan koefisien muai luas sebesar β.
Koefisien muai luas (β) adalah perbandingan
pertambahan luas dengan luas mula-mula setiap
kenaikan suhu 1oC. Dimana
Secara matematis
Contoh soal
Suatu plat aluminium berbentuk persegi dengan
panjang sisi 20 cm pada suhu 25°C. Koefisien muai
panjang aluminium 0,000012 /°C. Tentukan
pertambahan luas plat tersebut jika dipanasi hingga
suhu 125°C?oA
Penyelesaian
Diketahui :
So = 20 cm
∆T = 125 – 25
∆T =100°C
α = 0,000012 /°C
Ditanya : ∆A = ?
Jawab :
A o = So x S o
Ao = 20 cm x 20cm
Ao = 400 cm2
β=2α
β = 2 x 0,000012
β = 0,000024 /°C
∆A = Ao.β.∆T
∆A = 400 x 0,000024 x 100
∆A = 0,96 cm2
1.
a.
b.
c.
2.
Soal
Sebuah logam tembaga berbentuk persegi
dengan panjang sisi 2 cm, dipanaskan dari suhu
30°C sampai 70°C. jika koefisien muai panjang
tembaga sebesar 0,000017/°C, berapakah:
Luas mula-mula logam tembaga
Koefisien muai luas logam tembaga itu
Pertambahan luas logam tembaga itu
Lembaran logam besi berbentuk persegi
panjang, dengan panjang 50 cm dan lebar 4 cm
pada suhu 30°C dan koefisien muai panjang
logam itu 0,000012/°C. berapa pertambahan
panjang plat jika suhunya dinaikkan sampai
130°C?
Muai volume
Benda padat mempunyai tiga dimensi (panjang, lebar,
tinggi) jika dipanaskan secara merata, maka pemuaiannya
seluruh volume bidang tersebut dengan koefisien muai
volume sebesar (γ).
Koefisien muai volume adalah perbandingan
pertambahan volume dengan volume mula-mula
setiap kenaikan suhu 1oC. dimana
Maka →
Contoh soal
Balok besi pada suhu 20oC memiliki volume 300 cm3. Jika
koefisien muai panjang besi 0,000012/oC, jika besi
dipanaskan sampai suhu 220oC. berapakah besar koefisien
volume besi, pertambahan volume, dan volume akhir
besi?
penyelesaian
Diketahui
Vo = 300 cm2
α = 12 . 10-6/oC
Ditanya
γ, ΔV, dan Vt?
Jawab
γ = 3.α = 3. 12 . 10-6/oC
γ = 36 . 10-6/oC
ΔV = Vo . γ . ΔT
ΔV = 300 . 36 . 10-6 . (220 – 20)
ΔV = 2.160.000 . 10-6 cm3 = 2,16 cm3
Vt = Vo + ΔV
Vt = 300 cm3 + 2,16 cm3
Vt = 32,16 cm3
Soal
1. Balok baja pada suhu 10oC memiliki volume
1000 cm3. jika koefisien muai baja 0,000011/oC,
berapakah koefisien muai volume baja,
pertambahan volume, dan volume akhir baja
pada suhu 80oC?
2. Emas batangan memiliki panjang 10 cm, lebar 5
cm dan tinggi 2 cm, jika suhu saat itu berada
pada suhu ruangan yaitu 15oC lalu dibakar
sampai mencapai suhu 90oC, berapa koefisien
muai panjang emas, koefisien muai volume
emas, pertambahan panjang, dan panjang akhir
emas batangan?
Pemuaian zat cair
Pemuaian zat cair pada dasarnya sama dengan
pemuaian pada muai volume zat padat. Perbedaannya
hanya terletak pada perbedaan besar koefiisien.
Pemuaian pada zat cair lebih besar dari pada zat cair.
Sebagai contoh, jika kita memasak air pada
sebuah ceret, ketika air mendidih maka air akan
tumpah, karena koefisien muai air lebih besar dari
pada ceret
Setiap zat cair memiliki koefisien
muai volume berbeda-beda
No
Jenis zat cair
Koefisien muai volume (/oC)
1
aseton
0,00150
2
Parafin
0,00090
3
Alkohol
0,00120
4
Raksa
0,00018
5
Gliserin
0,00050
6
Air
0,00021
Pemuaian Gas
Gas juga memuai jika dipanaskan. Pemuaian
pada gas juga termasuk pemuaian volume.
Sebagai contoh balon dihubungkan dengan
pipa kaca, kemudian pipa kaca dimasukkan
kedalam air yang panas, maka balon akan
mengembang, hal ini menunjukkan bahwa
gas dalam balon memuai.
Koefisien muai gas sebesar 0,0036/K,
sehingga persamaan pemuaian gas bisa
ditulis
Manfaat pemuaian
1. Pemasangan bingkai kaca jendela sedikit
dilonggorkan supaya bila terjadi pemuaian kaca
jendela tidak pecah
2. Sambungan rel kereta api dibuat sedikit
renggang, sehingga apabila terjadi pemuaian
pada siang hari rel kereta api tidak melengkung
3. Adanya celah pada konstruksi jembatan
4. Adanya celah pada sambungan jembatan
5. Pemasangan kawat telfon atau kawat listrik
dibuat kendor pada hari panas. Hal ini dilakukan
agar ketika menyusut pada malam hari yang
dingin, kawat tersebut diharapkan tidak putus
6. Membuka tutup botol yang terlalu rapat dengan
menyiramkna air panas pada tutup botol
7. Pengelingan plat logam yaitu penyambungan antara logam
satu dengan yang lainnya. Paku keling dalam keadaan
panas dimasukkan ke dalam lubang pelat logam kemudian
dipukul rata, sehingga pada saat dingin terjadi penyusutan
paku keling hingga dapat menjepit pelat logam.
Pengelingan ini biasanya digunakan pada sambungan
badan kapal
8. Keping bimetal, yaitu pengelingan dua keping logam yang
berbeda koefisien muainya. Keping logam yang
mempunyai koefisien lebih kecil akan lebih lama memuai,
sehingga bila dipanaskan keping bimetal akan melengkung
ke arah keping logam yang koefisiennya lebih kecil.
Prinsip keping bimetal ini dimanfaatkan
pada berikut ini:
1. Sakelar termal, pada saat suhunya naik maka
keping bimetal akan terhubung dengan sumber
tegangan sehingga berfungsi sebagai saklar. Hal ini
biasanya digunakan pada alat kebakaran.
2. Bimetal pada setrika listrik berfungsi untuk
mengatur panas yang dikehendaki