Makalah Fisika Terbaru Tentang Pemuaian Zat Padat

Makalah Fisika Tentang Pemuaian Zat Padat

BAB I

PENDAHULUAN

A.     Latar Belakang

Dalam ensiklopedia bebas (wikipedia) dijelaskan bahwa, Pemuaian adalah perubahan suatu benda yang bisa menjadi bertambah panjang, lebar, luas, atau berubah volumenya karena terkena panas (kalor). Pada sambungan rel kereta api ditemukan bahwa sambungannya tidak pas melainkan agak renggang. Dibuat demikian bukan tanpa alasan melainkan karena rel dapat memuai sehingga apabila dibuat tidak renggang akan menimbulkan lengkungan pada sambungan dan itu sangat berbahaya jika ada kereta yang melintas.

Dalam hal ini ilmu pengetahuan sangat berperan penting terutama cabang ilmu fisika yang salah satunya mempelajari tentang pemuaian zat yang akan di bahas dalam pembahasan makalah ini.

B.      Rumusan Masalah

1. Bagaimana konsep pemuaian pada suatu zat?
2. Apa yang dimaksud dengan pemuaian?
3. Apa saja jenis –jenis pemuaian zat?
4. Berapa nilai koefisien muai panjang beberapa zat?
5. Apa manfaat dan kerugian pemuaian zat?

B.      Tujuan Makalah

1.        Tujuan Umum

            Untuk mengetahui konsep pemuaian pada suatu zat.

2.       Tujuan Khusus

a.       Untuk mengetahui definisi pemuaian

b.       Untuk mengetahui jenis –jenis pemuaian zat

c.       Untuk mengetahui koefisien muai panjang beberapa zat

d.       Untuk mengetahui manfaat dan kerugian pemuaian zat

B.      Manfaat Makalah

Setelah melakukan penelitian kita dapat mengaplikasikan kosep pemuaian pada benda dalam kehidupan sehari-hari dimulai dari hal-hal yang kecil di lingkungan sekitar.

BAB II

PEMBAHASAN

1.     1     Pemuaian Zat

Pemuaian Zat Padat, Cair, dan Gas- Pemuaian zat adalah peristiwa perubahan geometri dari suatu benda karena pengaruh panas (kalor). Perubahan geometri ini bisa meliputi bertambahnya panjang, lebar, maupun volume. Pemuaian biasanya diiringi dengan kenaikan suhu zat. Sobat mungkin pernah melihat rel kereta yang bengkok, itu adalah contoh peristiwa pemuaian (yang merugikan). Selain contoh pemuaian yang merugikan, masih banyak contoh pemuaian yang menguntungkan. Misalnya saja pemuaian cairan merkuri pada termometer. Selain termometer, masih ada contoh sederhana yang bisa kita lihat dari pemuaian bimetal. Pemuaian bimetal ini banyak digunakan di alat-alat listrik seperti setrika dan sekring yang prinsipnya sebagai safety tool dari kebakaran maupun korsleting.

Contoh Pemuaian Zat

2.     2    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 yang telah disebutkan tadi. 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

Jika temperatur dari sebuah benda naik, kemungkinan besar benda tersebut akan mengalami pemuaian. Misalnya, sebuah benda yang memiliki panjang L0 pada temperatur T akan mengalami pemuaian panjang sebesar ΔL jika temperatur dinaikan sebesar ΔT. Secara matematis, perumusan pemuaian panjang dapat dituliskan sebagai berikut.

dengan α adalah koefisien muai panjang.

Satuan dari α adalah kebalikan dari satuan temperatur skala Celsius (1/ °C) atau kelvin (1/K). Tabel berikut ini menunjukkan nilai dari koefisien muai panjang untuk berbagai zat.

Pemuaian panjang adalah pertambahan panjang benda akibat pengaruh suhu (1 dimensi). Coba amati kabel listrik yang terlihat lebih kendor di siang hari jika dibanding pada pagi hari, itulah contoh dari muai 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 =  Lo. α. ΔT

ΔL =besarnya pemuaian panjang
Lo = panjang mula-mula
α = konstanta pemuaian
ΔT = selisih suhu

L = Lo + ΔL
L = Lo (1 + α.ΔT)

L = panjang setelah dipanaskan
Lo = panjang mula-mula

Tabel koefisien muai panjang beberapa zat padat

No	Jenis zat	Alpha( /0C)
1 2 3 4 5 6 7 8	Aluminium Perunggu Baja Tembaga Kaca Pirek Berlian Grafit	0,000024 0,000019 0,000011 0,000017 0,000009 0,000003 0,000001 0,000008

Tabel Nilai Pendekatan Koefisien Muai Panjang Berbagai Zat

Bahan	α (1/K)
Aluminium Kuningan Karbon -Intan -Grafit Tembaga Gelas -Biasa -Pyrex Es Invar Baja	24 × 10–6 19 × 10–61,2 × 10–6 7,9 × 10–6 17 × 10–69 × 10–6 3,2 × 10–6 51 × 10–6 1 × 10–6 11 × 10–6

-  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?

- Pembahasan
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 m

b. Pemuaian Luas

Sebuah benda yang padat, baik bentuk persegi maupun silinder, pasti memiliki luas dan volume. Seperti halnya pada pemuaian panjang, ketika benda dipanaskan, selain terjadi pemuaian panjang juga akan mengalami pemuaian luas. Perumusan pada pemuaian luas hampir sama seperti pada pemuaian panjang, yaitu sebagai berikut.

dengan β adalah koefisien muai luas.

satuan dari β adalah /K sama seperti koefisien muai panjang (α). Coba Anda perhatikan sebuah tembaga berbentuk persegi sama sisi. Misalkan, panjang sisi tembaga adalah L0 maka luas tembaga adalah L02. Jika tembaga tersebut dipanasi sampai terjadi perubahan temperatur sebesar ΔT maka sisi-sisi tembaga akan memuai dan panjang sisi tembaga menjadi L0 + ΔT. Luas tembaga setelah memuai akan berubah menjadi (L0 + ΔT)2 dan perubahan luas setelah pemuaian adalah

dari perumusan koefisien muai luas, yaitu

Oleh karena perubahan panjang ΔL tembaga sangatlah kecil maka nilai ΔL2 dapat diabaikan. Jika ditulis ulang, persamaan tersebut menjadi

maka

            Contoh pemuaian luas yang bisa sobat amati adalah 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)

Ket :

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 50^oC, jika koefisien muai panjang lempeng logam tersebut adalah 0,001/^oC maka berapa pertambahan luas lempeng logam tersebut?

-Pembahasan :

ΔA = Ao.β.ΔT
ΔA = Ao.2α.ΔT
ΔA  = 1.2.0,001.50 = 0,1 m2

c. Pemuaian Volume

Seperti yang telah dibahas sebelumnya, setiap benda yang padat pasti memiliki volume. Jika panjang sebuah benda dapat memuai ketika dipanaskan maka volume benda tersebut juga ikut memuai. Perumusan untuk pemuaian volume sama dengan perumusan panjang dan luas, yaitu

dengan γ adalah koefisien muai volume

Perlu Anda ketahui terdapat hubungan antara α  dan β terhadap waktu γ , yaitu

            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

ΔV = Vo.γ.ΔT
V= Vo + ΔV
V=  Vo(1+γ.ΔT)

Ket :

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. Kubus tersebut diberi kaalor  sehingga suhu awalnya yang 30^oC mejadi 80^oC, berapakah pertambahan volume dan volume akhir kubus tersebut?

Pembahasan

ΔV = Vo.γ.ΔT
ΔV = 1000.3.o,oo1.(80-50)
ΔV = 150 cm2
V= Vo + ΔV
V=  1000 + 50 = 1050 cm2

      2. 3  Contoh Pemuaian

Jenis Pemuaian Zat	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.
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)
Pemuaian (zat) Gas	1.      Balon yang meletus terkena panas. 2.      Roda kendaraan yang meletus terkena panas

   

Sebenarnya   masih banyak lagi contoh pemuaian zat  di kehidupan kita. Sobat bisa coba mengamatinya sendiri.

      2.4      Manfaat Pemuaian Zat

1. Pemasangan poros roda pada kereta api dan pedati. Dalam hal ini diameter poros dibuat lebih besar sedikit dibanding diameter lubang roda. Dengan memanaskan roda kereta, maka lubang pada roda memuai. Pada saat itulah poros dimasukkan ke dalam roda kemudian roda didinginkan
2. Penggunaan bimetal untuk sakelar otomatis pada setrika listrik, lemari es, alarm kebakaran, dan lainnya. Bimetal adalah dua keping logam berbeda yang disatukan dengan cara dikeling atau dilas. Karena kedua logam berbeda koefisien muainya, maka ketika dipanaskan atau didinginkan bimetal akan melengkung. Bimetal melengkung ke arah logam yang koefisien muainya lebih kecil ketika dipanaskan dan melengkung ke arah logam yang koefisien muainya lebih besar ketika dipanaskan.
3. Melepaskan tutup botol yang sukar dilepas. Karena tutup botol terbuat dari logam yang koefisien muainya lebih besar dari kaca (gelas), maka ketika suhu turun tutup botol menyusut lebih cepat dibanding mulut botol. Akibatnya tutup botol sulit dibuka. Dengan memanaskan tutup botol, tutup botol akan lebih mudah dibuka karena tutup botol memuai lebih cepat dibanding mulut botol.

      2.5     Kerugian Pemuaian Zat

contoh kerugian yang ditimbulkan akibat pemuaian adalah sebagai berikut:

1. Gelas atau mangkok dari kaca retak atau pecah ketika diisi dengan air panas secara tiba-tiba. Hal ini terjadi karena gelas tidak mudah menghantarkan panas sehingga ketika diisi air panas, kalor tidak cepat menyebar. Akibatnya, bagian dalam gelas memuai lebih cepat dibanding bagian luarnya.
2. Rel kereta api melengkung pada siang hari karena rel mengalami pemuaian, sedangkan rel terikat oleh baut-baut pengikat. Untuk mengatasi melengkungnya rel, pada tiap sambungan rel diberi celah.
3. Kaca pada jendela atau kaca pada pintu, retak atau pecah pada siang hari yang panas. Hal ini karena pemuaian kaca lebih besar dibanding pemuaian kayu. Untuk mencegah agar kaca tidak pecah, maka bingkai kaca dibuat luas (longgar) dibanding kacanya.
4. Jembatan dapat melengkung atau patah ketika suhu udara naik Hal ini dapat diatasi dengan cara membuat celah (rongga) pada tiang penyangga jembatan atau membuat celah pada tiap sambungan balok jembatan.
5. Bagian mesin mobil atau motor memuai ketika mesin sedang berjalan. Akibatnya, suara mesin menjadi kasar dan bagian yang berputar menjadi mogok berputar. Hal ini dapat diatasi dengan cara mendinginkan mesin dengan cara memasukkan cairan pendingin.
6. Kabel listrik dipasang agak kendor. Jika dipasang pada posisi tegang, pada malam hari suhunya lebih rendah, kabel listrik menyusut dan dapat putus.

BAB III

Pertanyaan dan Pembahasan

1.      Mengapa dalam pemuaian luas menggunakan rumus koefisien 2α? ( Riki Armayoga Sugara )

Pembahasan:

Karena memang sudah ditetapkan masing-masing rumus koefisiennya yaitu

a.       Koefisien muai panjang yaitu α

b.      Koefisien muai luas yaitu 

c.       Koefisien muai volume yaitu 

( Marshela Aida Handayani )

2.      Jika satuannya masih dalam centimeter, apakah harus diubah ke meter ? ( Guruh Sukarno Putra )

Pembahasan:

            Jika soalnya dalam bentuk Pilihan Ganda (PG) dan dalam pilihan jawaban tersebut menggunakan satuan meter, maka kita harus mengubah satuan soal tersebut menjadi meter. Tetapi jika dalam pilihan masih menggunakan centimeter berati tidak perlu mengubahnya. Sedangkan jika soal essay, sebaiknya kita mengubahnya menjadi meter, karena meter adalah SI.

( Marshela Aida Handayani )

3.      Mengapa rumus muai panjang, luas, dan volume berbeda? ( Desi Isnaini )

Pembahasan:

            Karena muai panjang, luas, dan volume mempunyai koefisien muai zat yang masing-masing berbeda rumus, dan bidang atau bangun yang tak sama. Rumus dasarnya sebenarnya sama, yang membedakan hanya koefisien dari muai zat tersebut dan rumus dari bidang atau bangun zat tersebut.

a.       Jika muai panjang menggunakan koefisien α

b.      Jika muai luas menggunakan koefisien 

c.       Dan jika muai volume menggunakan koefisien 

( Marshela Aida handayani )

4.      Bagaimana jika dalam soal koefisien yang diketahui adalah β , bukan α padahal soal tersebut termasuk muai panjang ?

Pembahasan:

            Kita bisa mencari α dengan rumus :

α = β ÷2

atau  

BAB IV

PENUTUP

1.    Kesimpulan

Pemuaian adalah perubahan suatu benda yang bisa menjadi bertambah panjang, lebar, luas, atau berubah volumenya karena terkena panas (kalor). Pada sambungan rel kereta api ditemukan bahwa sambungannya tidak pas melainkan agak renggang. Dibuat demikian bukan tanpa alasan melainkan karena rel dapat memuai sehingga apabila dibuat tidak renggang akan menimbulkan lengkungan pada sambungan dan itu sangat berbahaya jika ada kereta yang melintas. Dengan kata lain,  Pemuaian pada suatu zat bisa terjadi apabila terkena kalor, dalam hal ini pemuaian memiliki manfaat dan juga kerugian dalam kehidupan sehari-hari.

2. Saran

Demikian yang dapat kami paparkan mengenai materi yang menjadi pokok bahasan dalam makalah ini, tentunya masih banyak kekurangan dan kelemahannya, karena terbatasnya pengetahuan dan kurangnya rujukan atau referensi yang ada hubungannya dengan judul makalah ini.
            Penulis banyak berharap para pembaca yang budiman sudi memberikan kritik dan saran yang membangun kepada penulis demi sempurnanya makalah ini dan dan penulisan makalah di kesempatan–kesempatan berikutnya. Semoga makalah ini berguna bagi penulis pada khususnya juga para pembaca yang budiman pada umumnya.