Pemuaian Zat Padat

1. Pemuaian Zat Padat

a. Muai Panjang Percobaan menunjukkan bahwa perubahan panjang

Δ L pada semua zat padat, dengan pendekatan yang sangat baik, berbanding lurus dengan perubahan suhu Δ T .

Bab 6 Suhu dan Kalor

Perubahan panjang juga sebanding dengan panjang awal L , seperti Gambar 6.7. Sebagai contoh, untuk perubahan

suhu yang sama, batang besi 4 m akan bertambah panjang

ΔL

d ua kali lipat dibandingkan batang besi 2 m.

Besarnya perubahan panjang dapat dituliskan dalam

suatu persamaan:

Δ L = á . L 0 . Δ T ......................................................... (6.5)

Gambar

6.7 Muai panjang

pada besi.

D i mana á adalah konstanta pembanding, disebut koefisien muai linier (koefisien muai panjang) untuk zat tertentu dan memiliki satuan / o

C atau ( o C) -1 . Panjang benda ketika dipanaskan dapat dituliskan sebagai berikut:

L=L 0 (1 + á . Δ T ) ........................................... (6.6)

Salah satu alat yang dapat digunakan untuk menyelidiki

dengan:

muai panjang zat padat

L = panjang benda saat dipanaskan (m)

berbentuk batang adalah

L 0 = panjang benda mula-mula (m)

Musshenbroek.

á = koefisien muai linier/panjang (/ o C) Δ T = perubahan suhu ( o C)

Jika perubahan suhu Δ T = T–T 0 bernilai negatif, maka Δ L =L–L 0 juga negatif, berarti panjang benda

memendek (menyusut).

Nilai koefisien muai panjang ( á ) untuk berbagai zat pada suhu 20 o

C dapat dilihat pada Tabel 6.1. Perlu

d iperhatikan bahwa koefisien muai panjang ( á ) sedikit bervariasi terhadap suhu. Hal ini yang menyebabkan mengapa termometer yang dibuat dari bahan yang berbeda

tidak memberikan nilai yang tepat sama.

b. Muai Luas

Apabila suatu benda berbentuk bidang atau luasan, misalnya bujur sangkar tipis dengan sisi L 0 , dipanaskan hingga suhunya naik sebesar Δ T , maka bujur sangkar tersebut akan memuai pada kedua sisinya.

0 = L 0 . Pada saat dipanaskan, setiap sisi benda memuai sebesar Δ L . Hal ini berarti akan membentuk bujur sangkar baru

uas benda mula-mula adalah A 2

d engan sisi (L 0 + Δ L ). Dengan demikian, luas benda saat

d ipanaskan adalah:

Sumber: Jendela Iptek Gaya dan Gerak,

2 2 A 2 = (L + Δ L ) =L + 2L Δ L +( Δ L )

PT Balai Pustaka, 2000

Karena 2 Δ L cukup kecil, maka nilai ( Δ L ) mendekati nol

Gambar

6.8 Saat diisi air panas gelas menjadi pecah

sehingga dapat diabaikan. Dengan anggapan ini diperoleh

karena memuai.

luas benda saat dipanaskan seperti berikut ini.

0 + 2L 0 . Δ L

Fisika X untuk SMA/MA

0 + 2L 0 . á .L 0 . Δ T

A = A 0 + 2 á .A 0 . Δ T

A = A 0 + â .A 0 . Δ T .............................................. (6.7) A=A 0 (1 + â . Δ T ) ............................................. (6.8)

dengan:

A 2 = luas benda saat dipanaskan (m )

0 = luas benda mula-mula (m ) â = 2 á = koefisien muai luas (/ o C)

Δ T o = perubahan suhu ( C)

D ari persamaan (6.7) didapatkan perubahan luas akibat pemuaian, yaitu:

Δ A = â .A 0 . Δ T ............................................... (6.9)

Jika perubahan suhu Δ T = T–T 0 bernilai negatif,

maka Δ A =A–A 0 juga negatif, berarti luas benda menyusut.

Contoh Soal Sebatang besi dengan panjang 4 m dan lebar 20 cm bersuhu 20 o

C. Jika besi tersebut dipanaskan hingga mencapai 40 o

C, berapakah luas kaca setelah

d ipanaskan? ( α = 12 × 10 -6 o / C)

Penyelesaian:

D iketahui: A 2 0 =4 × 0,2 = 0,8 m Δ T = (40 – 20) o

C = 20 o C

= 12 × 10 -6 / o C → β = 24 × 10 -6 / o C

D itanya: A = ... ? Jawab:

2 Δ 2 A = β .A

0 . Δ T = (24 × 10 -6 )(0,8)(20) = 384 × 10 -6 m = 0,384 × 10 -3 m

A = (800 × 10 -3

2 ) + (0,384 2 × 10 -3 ) = 800,384 × 10 -3 m = 0,800384 m

Percikan Fisika

Kumparan Lempeng bimetal

Tidak bersinggungan

Lampu Kedip Mobil

pemanas

mulai panas Kumparan

Lampu kedip di mobil menggunakan

mendingin

lempeng bimetal, yang terdiri dari dua logam yang memuai dengan laju berbeda. Ketika lampu menyala, lempeng tersebut memanas dan meliuk. Liukan ini memutus rangkaian

Lampu

yang memanaskannya. Lempeng ini akan

mendingin, menyambung rangkaian dan kembali menyalakan lampu.

Baterai

Bab 6 Suhu dan Kalor Bab 6 Suhu dan Kalor

Apabila suatu benda berbentuk volume atau padatan,

misalnya kubus dengan sisi L 0 dipanaskan hingga suhunya

Kebanyakan zat memuai saat

dipanaskan, molekul-

naik sebesar Δ T , maka kubus tersebut akan memuai pada

molekulnya bergerak lebih cepat dan lebih berjauhan.

setiap sisinya.

Besarnya pemuaian

V olume benda mula-mula adalah: V =V 3 0 0 .

tergantung pada gaya antarmolekul.

Pada saat dipanaskan, setiap sisi benda (kubus) memuai sebesar Δ L . Hal ini berarti akan membentuk kubus baru dengan sisi (L 0 + Δ L ). Dengan demikian v olume benda saat dipanaskan adalah:

0 0 Δ L + 3L 0 ( Δ L ) +( Δ L ) Karena 2 Δ L cukup kecil, maka nilai ( Δ L ) dan ( Δ L ) 3

A 2 = (L 2 0 + Δ L ) 3 =L 3 + 3L

mendekati nol sehingga dapat diabaikan. Dengan anggapan ini diperoleh volume benda saat dipanaskan sebagai berikut:

0 + 3L 0 . Δ 2 L

V = V 0 + 3L 0 . á .L 0 . Δ T

Muai panjang

L=L 0 (1 + á . Δ T )

V =V 0 +3 á .V 0 . Δ T