Suhu dan Kalor
83
V
2
= V
1
{1 +
J
T
2
– T
1
} atau
J
= T
V V
1
Dengan: V
1
= volume awal sebelum dipanaskan V
2
= volume setelah dipanaskan T
1
= suhu awal T
2
= suhu akhir
J
= koefisien muai volume zat Adapun hubungan antara muai panjang
D dan muai volume Jdibaca gamma adalah
J
= 3D Berdasarkan uraian di atas, kita dapat mengetahui bahwa zat
padat dapat mengalami pemuaian panjang, luas, dan volume. Adapun zat cair hanya mengalami pemuaian volume dan zat gas dapat
mengalami pemuaian volume dan tekanan. Untuk mengetahui koefisien muai volume zat cair tertentu,
cobalah kamu mencoba merancang kegiatan berikut. Tabel 5.2
Koefisien Muai Volume Bahan
Dirangkum dari berbagai sumber
Bahan JJJJJ uuuuu 10
-3 o
C
-1
alkohol 0,745
gliserin 0,485
raksa 0,182
minyak tanah 0,899
parafin 0,9
1. Sebuah bola pejal tanpa rongga
terbuat dari baja. Volume bola itu 250
cm
3
pada suhu 0
o
C. Jika bola baja itu
dipanaskan hingga 100
o
C, maka berapa- kah perubahan
volumenya?
Penyelesaian:
Diketahui: V
1
= 250 cm
3
T
1
= 0
o
C T
2
= 100
o
C D = 12
u
10
-6 o
C
-1
lihat Tabel 4.1 Ditanyakan
V = ...? Jawab:
V =
J
1
T = 3
D V
1
T
2
– T
1
= 3
u
12
u
10
-6 o
C
-1
u
250 cm
3
u
100 – 0
o
C V = 0,9 cm
3
Jadi, volume bola setelah dipanaskan bertambah 0,9 cm
3
dengan kata lain volume menjadi 250 cm
3
+ 0,9 cm
3
= 250,9 cm
3.
2. Sebuah bejana yang volumenya 100 ml diisi
hingga penuh dengan alkohol. Koefisien muai
volume alkohol 0,75
u 10
-3 o
C
-1
dan dipanaskan hingga
mengalami kenaikan suhu 20
o
C. Perkirakan jumlah alkohol yang
tumpah, jika dianggap semua panas hanya
diserap alkohol.
Penyelesaian: Diketahui:
V
1
= 100 ml J
= 0,75
u
10
-3 o
C
-1
T = 20
o
C Ditanyakan:
V = ...? V
= JV
1
T = 0,75
u
10
-3 o
C
-1
u
100 ml
u
20
o
C V
= 1,5 ml
Jadi, jumlah alkohol yang tumpah akibat panas yang diterimanya adalah 1,5 ml atau 1,5 cm
3
.
84
Mari BIAS 1
Pada contoh soal nomor 2, kita dapat menyimpulkan bahwa alkohol mengalami pemuaian lebih besar daripada zat padat. Sebelum
dipanaskan volume keduanya sama. Namun, setelah dipanaskan ter- nyata sebagian alkohol tumpah. Peristiwa yang mirip adalah ketika kita
memasak air minum. Pada saat mendidih air dapat tumpah.
Secara teori partikel zat, perbedaan pemuaian zat padat dengan zat cair dapat dijelaskan seperti berikut. Jika zat padat atau zat cair
menerima panas atau suhunya naik dapat mengakibatkan partikel- partikelnya bergetar lebih cepat ingat keadaan partikel penyusun zat-
zat yang dibahas pada bab sebelumnya. Akibat selanjutnya jarak antarpartikel merenggang. Karena gaya ikat antarpartikel zat padat
lebih kecil daripada zat cair, akibatnya pertambahan jarak antarpartikel zat padat lebih kuat daripada zat cair. Dengan demikian, pertambahan
jarak antarpartikel zat padat lebih kecil daripada zat cair. Hal itulah yang menyebabkan pemuaian zat cair lebih besar daripada pemuaian zat
padat.
Pada bagian awal, kita telah mempelajari pemuaian dan telah kita ketahui bahwa zat gas yang hanya mengalami pemuaian volume dan
tekanan. Khusus untuk gas, besar koefisien muai volume dan te- kanannya
J adalah 273
1
o
C
-1
. Dengan demikian pemuaian pada gas dapat ditulis dalam bentuk rumus berikut.
V
2
= V
1
1 + T
273 1
dan p
2
= p
1
1 + T
273 1
Dengan: V
1
= volume sebelum dipanaskan V
2
= volume setelah dipanaskan p
1
= tekanan sebelum dipanaskan p
2
= tekanan setelah dipanaskan T = perubahan suhu
1. Apakah yang dimaksud benda mengalami pemuaian?
2. Sebuah benda mempunyai koefisien muai panjang 0,000005
o
C
-1
. Apakah artinya? 3. Sebatang kabel baja mempunyai panjang
10 meter. Berapakah panjangnya jika baja mengalami perubahan panas sebesar 5
o
C? 4. Mengapa pemuaian zat cair lebih besar da-
ripada zat padat?
Suhu dan Kalor
85
B. MANFAAT PEMUAIAN
Di sekitar kita banyak benda-benda atau kejadian yang memanfaatkan konsep pemuaian. Salah satu alat yang bekerja berda-
sarkan pemuaian adalah bimetal. Bimetal berupa dua logam yang koefisien muai panjangnya berbeda, tetapi keduanya dijadikan satu.
Jika dipanaskan, bimetal akan melengkung ke arah logam yang koefi- sien muainya lebih kecil. Perhatikan Gambar 5.3.
Jika setelah dipanaskan bimetal melengkung ke arah logam A berarti koefisien muai panjang logam A lebih kecil daripada koefisien
logam B. Beberapa peralatan yang memanfaatkan sifat bimetal, antara lain
setrika listrik dan termometer bimetal. Pada setrika listrik, bimetal berfungsi sebagai sakelar otomatis ketika panas setrika berlebihan.
Arus listrik yang mengalir pada kumparan akan memanaskan setrika. Pada saat elemen makin bertambah panas, bimetal juga ber-
tambah panas. Pada saat seperti itu, bimetal akan melengkung pada gambar
melengkung ke bawah Akibatnya, arus listrik putus. Karena pasokan arus listrik terputus, elemen akan menjadi dingin. Begitu pula pada
bimetal. Setelah dingin bimetal akan lurus kembali dan menyentuh kontak sehingga arus listrik mengalir kembali, begitu seterusnya.
Adapun pada termometer bimetal atau termostat, melengkung- nya bimetal dimanfaatkan untuk mengukur suhu. Pada termostat, bi-
metal dibentuk melengkung dan ujung bimetal yang satu dibuat tetap, sedangkan ujung lainnya dihubungkan dengan jarum penunjuk. Pada
saat suhu bertambah, kelengkungan bimetal bertambah. Kelengkungan itu mendesak jarum penunjuk, akibatnya jarum bergerak pada skala ter-
tentu sesuai dengan besar suhu saat itu.
Berikut ini beberapa peristiwa sehari-hari yang memanfaatkan pemuaian.
1. Pemasangan Kaca Jendela
Pemasangan kaca jendela biasanya diberi tempat celah pada bingkainya. Hal itu bermanfaat jika kaca memuai pada waktu siang
hari. Jika tidak menggunakan celah, pada saat memuai kaca dapat pecah.
Semisal dengan pemasangan kaca, yaitu pemasangan sam- bungan rel kereta api. Jika kamu perhatikan, sambungan antarrel kereta
api juga diberi jarak. Hal itu bertujuan agar pada saat memuai rel tidak bengkok, sehingga tidak membahayakan perjalanan kereta api.
Tujuan belajarmu adalah dapat:
menunjukkan prinsip pemuaian dalam teknologi
kehidupan sehari-hari
Tujuan Pembelajaran
A A
B B
S Gambar 5.3 Bimetal
celah
S Gambar 5.5 Celah
pada bingkai jendela kaca
suhu turun, kontak terhubung ke pemanas
ke pemanas suhu turun, kontak terputus
keping bimetal kontak
S Gambar 5.4 Skema
bimetal pada termostat
86
Mari BIAS 1
2. Penyambungan Dua Pelat Logam
Untuk menyambung dua pelat logam, biasanya digunakan paku keling. Kedua pelat logam yang akan disambung diberi lubang. Dalam
lubang itu, kemudian dipasangi paku keling panas. Setelah dingin, paku akan menyusut, sehingga kedua logam tersambung kuat.
3. Pemasangan Kabel Listrik
Kabel listrik dari tiang satu ke tiang lain, dibuat kendur. Hal itu bertujuan agar pada saat malam hari atau suhu turun, kabel tidak putus.
Perhatikan kabel listrik di sekitarmu pada siang dan malam hari.
S Gambar 5.6 Pengelingan pada
dua pelat logam
S Gambar 5.5 Kabel listrik kendur
Sumber: CD Clipart
1. Mengapa gelas kaca yang dituangi air men- didih dapat pecah?
2. Mengapa logam bimetal dapat melengkung ke arah tertentu jika dipanaskan?
Tujuan belajarmu adalah dapat:
menyelidiki pengaruh kalor terhadap perubah-
an suhu benda dan per- ubahan wujud zat;
menyelidiki faktor-fak- tor yang dapat memper-
cepat penguapan; menyelidiki banyaknya ka-
lor yang diperlukan untuk menaikkan suhu zat;
menyelidiki kalor yang dibutuhkan pada saat
mendidih dan melebur.
Tujuan Pembelajaran
C. KALOR
Dahulu kalor dianggap sebagai suatu zat yang mengalir, semacam air atau udara. Akhirnya anggapan itu terbukti tidak benar.
Kalor merupakan salah satu bentuk energi atau tenaga yang berhubungan dengan panas atau suhu suatu benda. Benda yang diberi
kalor suhunya akan naik. Sementara itu, benda yang melepas kalor suhunya akan turun. Jika benda yang bersuhu lebih tinggi dicampur
dengan benda bersuhu rendah, maka setelah beberapa saat akan dicapai suhu yang sama.
