Jenis - jenis pemuaian

Pemuaian zat adalah peristiwa perubahan geometri dari suatu benda karena pengaruh panas (kalor). Perubahan geometri meliputi bertambahnya panjang, lebar, maupun volume. biasanya diiringi dengan kenaikan suhu zat.

        Jenis-jenis pemuaian zat

1.    Pemuaian Zat Padat

Pemuaian zat padat merupakan peristiwa bertambah panjang, lebar, atau volume suatu benda padat   karena  pengaruh panas (kalor).Contoh pemuaian zat padat seperti pemuaian rel kereta.. Jenis-jenis Pemuaian Zat Padat Benda padat pada prinsipnya mengalami pemuaian di semua bagian benda tersebut (volume) tapi guna memudahkan mempelajarinya, pemuaian zat padat dibagi  menjadi 3.

a.    Pemuaian Panjang

Pemuaian panjang adalah pertambahan panjang benda akibat pengaruh suhu (1 dimensi). Contohnya pada kabel listrik yang terlihat lebih kendor di siang hari jika dibanding pada pagi hari, itulah contoh dari pemuaian panjang. Besarnya pemuaian zar tergantung pada konstanta muai panjang zat dan nilai konstanta tersebut akan berbeda-beda untuk tiap zatnya. Alat yang digunakan untuk menyelidiki pemuaian panjang berbagai jenis zat padat          adalah  musschenbroek.
Pemuaian panjang suatu benda dipengaruhi oleh panjang mula-mula benda, besar kenaikan suhu, dan tergantung dari jenis benda.

Rumus pemuaian panjang

 ΔL= α .Lo. ΔT L = Lo + ΔL L - Lo = α .Lo. ΔT atau L = Lo (1 + α.ΔT).
 ΔL = besarnya pemuaian panjang 

 Lo = panjang mula-mula

 α= constant pemuaian

 ΔT = selisih suhu

 L= panjang setelah dipanaskan

 Lo= panjang mula-mula 

Contoh soal :

Pemuaian panjang Sebuah logam pada mulanya memiliki panjang 20 cm. Kemudian menerima kalor dan suhunya naik sebesar 40 derajat. Jika koefisien muai panjang logam tersebut adalah 0,001/oC Maka berapa panjang logam tersebut setelah suhunya naik?

Jawab: L = Lo (1 + α.ΔT) L = 0,2. (1+0,001.40) L = 0,2. (1+0,04) L = 0,2.1,04 = 0,208

b.    Pemuaian luas

     Bila benda padat berbentuk persegi panjang dipanaskan, terjadi pemuaian dalam arah memanjang dan arah melebar. Dengan kata lain, benda padat mengaalmi pemuain luas. Pemuain luas berbagi zat tergantung pada koefisien muai luas. Contohnya pada pemanasan lempeng tipis logam. Lempeng tipis logam akan mengalami penambahan luas setelah dipanaskan. Kemampuan suatu benda untuk mengalami pemuaian luas sangat ditentukan oleh koefisien muai luas dilambangkan dengan β, Dengan nilai β = 2α.

  Rumus Pemuaian Luas ΔA = Ao.β.ΔT A = Ao + ΔA A = A0 (1+β.ΔT)

Ao = Luas Sebelum dipanaskan

A = luas setelah pemanasan

ΔA = penambahan luas

β = koefisien muai luas

ΔT= selisih suhu (kenaikan suhu)

Contoh soal:

Pemuaian luas sebuah lempeng logam mula-mula mempunyai luas 100 cm2 lalu menerima kalor sehingga suhunya naik 50oC, jika koefisien muai panjang lempeng logam tersebut adalah 0,001/oC. Maka berapa pertambahan luas lempeng logam tersebut?

Jawab  ΔA = Ao.β.ΔT

            ΔA = Ao.2α.ΔT

            ΔA = 1.2.0,001.50 = 0,1 m2 c.

c.    Pemuaian Volume

Pemuaian volume sama juga dengan pertambahan atau pemuaian panjang secara 3 dimensi. Karena itu muai volume sama juga dengan tiga kali muai panjang. Pemuaian volume suatu zat tergantung pada koefisien muai volumenya γ (gamma) dimana γ = 3α .

Rumus pemuaian volum  ΔV = Vo.γ.ΔT V= Vo + ΔV V= Vo(1+γ.ΔT)

ΔV = penambahan volume

Vo = volume awal

ΔT = kenaikan suhu

γ = koefisien muai volume

Contoh Soal

Pemuaian Volume Sebuah kubus dengan rusuk 10 cm dan koefisien muai panjang 0,001/oC.tersebut diberi kaalor sehingga suhu awalnya yang 30oC mejadi 80oC, berapakah pertambahan volume dan volume akhir kubus tersebut?

Jawab: ΔV = Vo.γ.ΔT

            ΔV = 1000.3.o,oo1.(80-50)

            ΔV = 150 cm2

             V= Vo + ΔV V= 1000 + 50 = 1050 cm2

2.    Pemuaian Zat Cair

Pada zat cair pemuaian yang terjadi hanya pemuaian volume, tidak ada pemuaian panjang dan luas. Ini terkait dengan sifat dar zat cair sendiri yang bentuknya berubah-ubah sesuai dengan bentuk wadah yang ditempatinya. Coba isi penuh sebuah panci dengan air kemudia panaskan, beberapa saat kemudian akan ada air yang tumpah dari panci tersebut.Itulah salah satu  contoh pemuaian zat cair.  Rumus pemuaian zat cair secara matematis rumus pemuaian zat cair sama dengan rumus pemuaian volume pada pemuaian zat padat. Besarnya pemuaian zat cair ditentukan dari koefisien muai volume nya  ΔV = Vo.b.ΔT dengan b adalah koefisien muai volume zat cair.

            ΔV adalah penambahan volume

            ΔT adalah selisih suhu.

Contoh soal:

Sebuah panci berisi air penuh dengan volume 4 liter. Air dalam panci tersebut kemudian dipanaskan sehingga mengalami kenaikan suhu sebanyak 80 oC. Berapakah volume air yang akan tumpah dari panci tersebut? (koefisien muai air = 0,004/oC

Jawab : Volume air yang tumpah sama dengan penambahan volume air akibat pemanasan, jadi ΔV = Vo.b.ΔT ΔV = 4 liter.0,004.80 ΔV = 1,28 liter

3.    Pemuaian Zat Gas

Pemuaian Gas Gas juga megalamai pemuaian layaknya pada pemuaian zat cair dan zat padat. Khusus untuk pemuaian zat ini agak berbeda dengan pemuaian zat padat dan pemuaian zat cair. Ada satu variabel yang sangat menentukan pemuaia zat gas yaitu tekanan.. Hukum yang menjelaskan tentang pemuaian zat gas yaitu:

a.    Hukum boyle

          Hukum boyle menyatakan bahwa “ tekanan suatu massa tertentu gas pada suatu konstan berbanding terbalik dengan volumenya.

P_1. V₁ = P_2. V₂

Keterangan: P = tekanan            1 = mula- mula

                   V = Volume            2 = akhir

b.    Hukum Charles

          Hukum Charles menyatakan perbandingan anytara volume dan suhu gas yang tetap, yaitu “ volume gas pada tekanan konstantaberbanding lurus dengan suhu mutlak gas tersebut”. Hal ini berarti, pada tekanan konstan, gas yang dipanaskan akan mengalami pertambahan volum.

V₁ / T₁ = V₂ / T₂

Keterangan: T = Suhu (K)                          V = Volume (m³⁾

c.    Hukum gay lussac

Selain hukum Boyle dan hukum Charles, proses pemuain gas juga dapat ditinjau dengan hukum Gay Lussac, yaitu “ tekanan mutlak suatu gas pada volume konstan berbanding lurus dengan suhu mutlak gas tersebut”.

  P₁ / T₁ = P₂ / T₂

d.   Hukum Boyle- Gay Lussac

Berdasarkan ketiga hukum tersebut, maka pemuain gas dapat dianalisis dengn persamaan gas ideal atau yang dikenai dengan Boyle- Gay Lussac berikut.

P_1. V₁/T₁ = P_2. V₂/T₂

Catatan:

 T harus dalam Kelvin

Contoh Pemuaian Jenis Pemuaian Zat 

a. Contoh Pemuaian Zat Pemuaian Zat padat

1. Rel Kereta Api yang bengkok karena panas

2. Kabel listrik/telepon yang lebih kendur ketika siang hari

3. Bimetal pada alat-alat listrik seperti pada setrika yang akan mati sendiri ketika sudah terlalu panas.

4. Pemuaian pada kaca rumah.

5. Mengeling Pelat Logam Umumnya dilakukan pada pembuatan container dan badan kapal besar.

6. Pemasangan Ban Baja pada Roda Lokomotif Dilakukan dengan cara memanaskan ban baja hingga memuai kemudian dipasangkan pada poros roda,setelah dingin akan menyusut dan mengikat kuat.

b. pemuaian  Zat Cair

1. Termometer Memanfaatkan pemuaian zat cair (raksa atau alkohol) pada tabung thermometer.

2. Air dalam panci akan meluap ketika dipanaskan. (selain dipengaruhi oleh konveksi kalor peristiwa ini juga dipengaruhi oleh pemuaian air)

3. pemuaian cairan merkuri pada termometer.

c. pemuaian zat Gas

1. Balon yang meletus terkena panas.

2. Roda kendaraan yang meletus terkena panas

2. Perubahan Wujud Zat

a.    Mencair ; perubahan wujud zat padat menjadi cair dengan memerlukan energi kalor, contohnya es dipanaskan, lilin dipanaskan dll.

b.     Membeku : perubahan wujud zat cair menjadi padat dengan melepaskan energi kalor, contohnya air didinginkan di lemari es

c.    Menguap : perubahan wujud zat cair menjadi gas dengan memerlukan energi kalor, contohnya minyak wangi, air dididihkan.

d.   Mengembun : perubahan wujud zat gas menjadi cair dengan melepaskan energi kalor, contohnya titik air dipagi hari pada tumbuhan, gelas berisi es bagian luarnya basah.

e.    Menyublim : perubahan wujud zat padat menjadi gas dengan memerlukan energi kalor, contohnya kapur baru ( kamper ), obat hisap dll

f.     Mengkristal / menghablur : perubahan wujud zat gas menjadi padat dengan melepaskan energi kalor, contohnya salju, gas yang didinginkan dll

     Dimana panas yang diperlukan oleh satuan massa suatu zat untuk mengubah fasenya disebut panas laten. Istilah panas laten yang dimaksud adalah nma kalor late yang khusus untuk suatu perubahan wujud tertentu. Istilah kalor laten khusus tersebut sebagai berikut:

a.    Melebur

Melebur adalah perubahan wujud zat dari padat menjadi cair. Zat padat berubah menjadi cair pada suhu tertentu yang disebut titik lebur zat. Jumlah kalor yang diperlukan untuk meleburkan suatu zat padat dipengaruhi oleh massa zat itu dan kalor leburnya. Secara matematis dapat ditulis sebagai berikut:

    Q= m.L         Keterangan: m =  massa zat (kg)

                                             L =   kalor lebur zat (J/kg)

                                                        Q = kalor  (J)               

b.    Menguap

Menguap  adalah perubahan wujud zat dari cair menjadi gas. Zat cair mendidih pada suhu tertentu disebut titik didih zat. Jumlah kalor yang diperlukan untuk menguapkan suatu zat cair dipengaruhi oleh massa zat itu dan kalor uap zat tersebut. Secara matematis dapat ditulis sebagai berikut:

    Q= m.U        Keterangan: m =  massa zat (kg)

                                             U =   kalor uap zat (J/kg)

                                                          Q = kalor  (J)             

Contoh :

500 gram es bersuhu 0^oC hendak dicairkan hingga keseluruhan es menjadi air yang bersuhu 0^oC. Jika kalor jenis es adalah 0,5 kal/g^oC, dan kalor lebur es adalah 80 kal/gr, tentukan banyak kalor yang dibutuhkan, nyatakan dalam kilokalori!

              Diketahui      m = 500 gram

                     L = 80 kalori/gr

Ditanya              Q             =…?
Dijawab             Q = (500)(80) = 40000 kalori = 40 kkal
sumber :http://sholihfikr.blogspot.co.id/2015/09/meteri-proses-pemuaian-zat.html


#materi_manubatang