116
Fisika SMAMA X
Gambar 4.2. Proses perubahan fase air dari wujud padat menjadi cair dan
kemudian menjadi uap atau gas Tipler, 1991
Penyelesaian: Jika kapasitas kalor es adalah konstan dan sama dengan 2,05 kJkg.
o
C maka energi yang diperlukan untuk menaikkan suhu es dari -20
o
C adalah: Q
1
= m.c. T = 1 kg.2,05 kJkg.
o
C.20
o
C = 41 kJ Panas laten peleburan untuk es adalah 334 kJkg, sehingga kalor yang
diperlukan untuk mencairkan 1 kg es adalah: Q
2
= m.L
f
= 1 kg.334kJkg = 334 kJ Kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur 1 kg air yang diperoleh,
dari 0
o
C sampai 100
o
C adalah: Q
3
= m.v. T = 1 kg.4,18 kJkg.K.100 K = 418 kJ
dimana kita telah mengabaikan variasi kapasitas kalor air meliputi jangkauan suhu ini. Akhirnya, panas yang dibutuhkan untuk menguapkan 1 kg air
pada 100
o
C adalah: Q
4
= m.L
v
= 1 kg.2,26 x 10
3
kJkg = 2,26 MJ Jumlah total kalor yang diperlukan adalah:
Q = Q
1
+ Q
2
+ Q
3
+ Q
4
Q = 0,041 MJ + 0,334 MJ + 0,418 MJ + 2,26 MJ Q = 3,05 MJ = 3,05 x 10
6
J. Proses perubahan es menjadi uap ini ditunjukkan pada Gambar 4.2 .
117
Fisika SMAMA X
c. Pemuaian
Suatu benda jika diberikan kalor akan terjadi perubahan kenaikan suhu benda. Kenaikan suhu benda ini ditandai
dengan perubahan ukuran pemuaian benda tersebut. Pada bagian ini akan dibahas tentang efek pemuaian zat benda
tanpa terjadinya perubahan fase zat. Dalam perubahan suhu yang relatif kecil, pemuaian termal bersifat linear. Pemuaian
termal dapat dikelompokkan menjadi tiga, yaitu: -
pemuaian panjang linear; -
pemuaian luas; dan -
pemuaian volume.
1 Pemuaian Panjang
Pada Gambar 4.3 ditunjukkan sebuah batang panjangnya L
dipanaskan sehingga suhunya bertambah sebesar T.
Pemuaian batang hanya dianggap ke arah panjang batang, sering disebut pemuaian linier yaitu dengan mengabaikan
pemuaian ke arah radial. Batang mengalami perubahan panjang sebesar L yang sebanding dengan panjang batang mula-
mula L
dan besar kenaikan suhu T yaitu: L = DL
T .... 4.6
dengan tetapan kesebandingan D disebut sebagai koefisien muai
linear.
Gambar 4.3. Pemuaian termal linear.
Koefisien muai termal berbeda-beda untuk zat yang berbeda; beberapa di antaranya disajikan oleh Tabel 4.3.
Tabel 4.3. Beberapa nilai D
DD DD berbagai zat
Zat Aluminium
Kuningan Tembaga
Gelas Gelas pirex
Karet keras Es
Timbal Baja
D DD
DD x10
-6 o
C 23
19 17
9 3,2
80 51
29 11
118
Fisika SMAMA X
Berdasarkan persamaan 4.6, maka panjang batang setelah pemuaian adalah:
L = L +
T L = L
1 + D T
.... 4.7
2 Pemuaian Luas
Suatu benda tipis berbentuk luasan tertentu dengan panjang dan lebarnya Lo dipanaskan sehingga suhu benda
bertambah dari T menjadi T +
T. Jika pemuaian linear dinyatakan sebagai D maka pemuaian luasan dapat ditulis
sebagai berikut:
.... 4.8 Suku kuadratis pada persamaan 4.8 sering diabaikan karena
koefisien muai termal D sangat kecil berorde 10
-6
°C, sehingga persamaan 4.8 menjadi:
A = A 1 + 2
DT .... 4.9
dengan A adalah luas mula-mula luasan yang ditinjau yaitu
A = L
o
x L
o
= , seperti ditunjukkan pada Gambar 4.4.
Gambar 4.4 Pemuaian suatu benda tipis berbentuk bujur sangkar dengan sisi-
sisinya L
o
a sebelum dipanaskan dan b sesudah dipanaskan
119
Fisika SMAMA X
Gambar 4.5. Pemuaian suatu benda berbentuk kubus dengan panjang sisinya L
