cara menghitung pemuaian zat padat

Pemuaian Zat Padat


Jenis Pemuaian Pada Zat Padat

Muai Panjang / Muai Linear Zat Padat

Muai panjang berbagai macam benda padat dapat diselidiki dengan alat Musschenbroek. Jika batang logam yang dipasang pada alat Musschenbroek dipanaskan maka batang logam akan bertambah panjang. Namun, pertambahan panjang batang logam yang satu dengan yang lain berbeda. Artinya, tingkat pemuaian logam-logam tersebut juga berbeda. Logam yang paling besar pemuaiannya akan mendorong jarum penunjuk hingga berputar paling jauh, sedangkan logam yang pemuaiannya paling kecil akan mendorong jarum penunjuk berputar paling dekat. Jika digunakan batang logam aluminium, baja, dan besi maka logam aluminium memuai paling besar, sedangkan besi adalah logam yang memuai paling kecil.

Alat Ukur Muai Panjang Musschenbroek

Alat Musschenbroek dapat menunjukkan

pemuaian dan pertambahan panjang zat padat jika dipanaskan;pemuaian zat padat tergantung pada jenis zat padat itu;pemuaian zat padat sebanding dengan kenaikan suhunya.

Pemuaian panjang zat padat ditentukan oleh koefisien muai panjang zat padat itu.

Koefisien Muai Panjang

Untuk memahami koefisien muai panjang zat padat, mari kita perhatikan uraian berikut ini.



Sebatang tongkat tembaga pada suhu 0oC panjangnya 10 m. Jika tongkat tembaga tersebut dipanaskan  sampai 100oC maka panjangnya menjadi 10,017 m. Berapakah pertambahan panjang tembaga jika suhunya hanya naik 1oC? Pada suhu 0oC, panjang tembaga 10 m (l0), pada suhu 100oC (t) panjangnya 10,017 m (lt).

Pertambahan panjang 10 m tembaga jika suhu naik dari 0oC – 100oC

= 10,017 m – 10 m
= lt – l0

Pertambahan panjang 10 m tembaga jika suhu naik dari 0oC – 1oC



Pertambahan panjang 1 m tembaga jika suhunya naik dari 0oC – 1oC adalah



Pertambahan panjang 1 m benda tiap kenaikan suhu 1oC ini disebut koefisien muai panjang (α). Jadi, koefisien muai panjang suatu benda adalah bilangan yang menunjukkan pertambahan panjang suatu benda tiap satuan panjang jika suhu benda tersebut naik 1oC. Dengan demikian, jika dinyatakan bahwa koefisien muai panjang tembaga adalah 0,000017/oC maka berarti setiap 1 meter tembaga yang suhunya dinaikkan 1oC akan bertambah panjang 0,000017 meter. Jika ditulis dalam persamaan maka :



atau dapat juga dituliskan dalam bentuk



Sebatang tongkat logam pada suhu t1 panjangnya l1 dan pada suhu t2 panjangnya l2. Dengan proses matematika dapat diperoleh persamaan sebagai berikut.





Satuan koefisien muai panjang ini adalah …/oC atau …/K.

Koefisien Muai Panjang Zat Padat

Muai Luas Zat Padat

Pemuaian dalam zat padat sebenarnya terjadi ke semua arah, yaitu memanjang, melebar, dan menebal. Namun, pengukuran pemuaian panjang pada benda padat sudah dianggap cukup memadai untuk mewakili pemuaian luas. Misalnya, menghitung pemuaian luas sebuah benda yang berupa lembaran tipis berbentuk persegi panjang dengan menghitung terlebih dahulu muai panjang dan muai lebarnya dengan persamaan yang berlaku pada pemuaian panjang.

Jika pada suhu t1 luas benda adalah A1 dan pada suhu t2 luasnya A2 maka berlaku persamaan muai luas dengan pendekatan sebagai berikut.

A2 = A1 {1+2α (t2-t1)}

atau

A2 = A1 {1+β (t2-t1)}

A2 = A1 {1+β . Δt}

β = 2α

β = koefisien muai luas

Persamaan di atas cukup memadai untuk menghitung persoalan sederhana sehubungan dengan pemuaian luasbenda padat (terutama untuk benda-benda padat dengan koefisien muai panjang yang kecil).

Muai Ruang / Muai Volume Zat Padat

Masih ingatkah kita, muai apa yang terjadi pada benda yang berbentuk pipa dan berbentuk keping? Bagaimana pada benda yang berbentuk bola? Untuk membuktikan adanya muai ruang pada benda yang berbentuk bola dapat menggunakan alat s’Gravesande.

Jika bola dipanaskan, bola memuai, volumenya bertambah besar sehingga tidak dapat masuk ke dalam gelang. Setelah beberapa saat, gelang ikut panas dan bola dapat masuk kembali ke dalam gelang. Itu berarti, panas pindah dari bola ke gelang dan diameter gelang membesar.

Alat Ukur Muai Ruang/Muai Volume gelang s’Gravesande

Dengan gelang s’Gravesande dapat dibuktikan bahwa

zat padat jika dipanaskan akan memuai dan volumenya bertambah besar;pemuaian benda berongga akan memperbesar rongganya (arah pemuaiannya kel uar rongga);panas dapat berpindah dari satu benda ke benda lainnya.

Pemuaian volume zat tergantung jenis zat padatnya. Sebuah benda padat pada suhu 0oC volumenya V0, pada suhu toC, volumenya Vt. Pertambahan volume tiap satuan suhu benda padat adalah sebesar :



Bilangan yang menunjukkan pertambahan volume suatu benda tiap satuan volume jika suhunya naik 1oC disebut koefisien muai ruang (γ). Jadi,



Persamaan di atas dapat diubah menjadi persamaan berikut ini.

Vt  =  V0 (1 + γt)

Jika volume zat padat pada t1 adalah V1 dan volume pada t2 adalah V2 maka berlaku



Untuk zat padat yang angka muainya sangat kecil, berlaku persamaan

V2 = V1 {1 + γ (t2-t1)}

V2 = V1 {1 + γ Δt}