Senin, 30 Desember 2013

Pemuaian Zat Cair

Rangkaian Percobaan Pemuaian Zat Cair

Pemuaian pada zat cair tidak melibatkan muai panjang ataupun muai luas, tetapi 
hanya dikenal muai ruang atau muai volume saja. Semakin tinggi suhu yang diberikan pada zat cair, maka semakin besar muai volumenya.

Ketika panci diisi penuh dengan  air dipanaskan, maka panci (zat padat) dan air (zat cair) memuai. Tetapi, muai volume zat cair lebih besar daripada muai volume zat padat. Hal ini menyebabkan sebagian air  tumpah dari panci saat air mendidih.

Titik Triple


Pemuaian zat cair untuk masing-masing jenis zat cair berbeda-beda, akibatnya walaupun mula-mula volume zat cair sama tetapi setelah dipanaskan volumenya menjadi berbeda-beda. Pemuaian volume zat cair terkait dengan pemuaian tekanan karena peningkatan suhu. Titik pertemuan antara wujud cair, padat dan gas disebut titik tripel.


Anomali Air
Khusus untuk air, pada kenaikan suhu dari 0º C sampai 4º C volumenya tidak bertambah, akan tetapi justru menyusut. Pengecualian ini disebut dengan anomali air. Oleh karena itu, pada suhu 4ºC air mempunyai volume terendah. Hubungan volume dengan suhu pada air dapat digambarkan pada grafik berikut.

Anomali Air


Pada suhu 4ºC, air menempati posisi terkecil sehingga pada suhu itu air memiliki massa jenis terbesar. Jadi air bila suhunya dinaikkan dari 0ºC – 4ºC akan menyusut, dan bila suhunya dinaikkan dari 4ºC ke atas akan memuai. Hubungan antara suhu dan volume air dapat digambarkan pada Gambar diatas Biasanya pada setiap benda bila suhunya bertambah pasti mengalami pemuaian. Peristiwa yang terjadi pada air itu disebut anomali air. Hal yang sama juga terjadi pada bismuth dengan suhu yang berbeda.

Sumber:
IPA TERPADU: SMP/MTs Kelas VII oleh Anny Winarsih, Agung Nugroho, Sulityoso HP, M Zajuri, Supliyadi, Slamet Suyanto. — Jakarta: Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional, 2008.

Sabtu, 28 Desember 2013

Pemuaian Zat Padat

Pemuaian pada zat padat terdiri dari  muai panjang, luas dan volume

a) Macam-macam Pemuaian pada Zat Padat
Zat padat apabila dipanaskan mengalami pemuaian panjang, luas dan volume.

b) Muai Panjang Zat Padat
Muai panjang dapat diamati pada benda padat yang berbentuk batang. Jika suhu semakin tinggi, pertambahan panjang akan semakin besar. Selain itu, muai panjang bergantung pada jenis zat. Koefisien muai panjang (α) suatu zat adalah besarnya pertambahan panjang setiap satuan panjang zat jika suhunya dinaikkan sebesar 1 °C.

Persamaan Muai Panjang:
lt = l0 + ∆l atau lt = l0 (1 + (α ·∆T)

Keterangan:
∆l = pertambahan panjang (m)
l0 = panjang mula-mula (m)
lt = panjang benda setelah dipanaskan
α  = koefisien muai panjang (°C-1)
∆T = kenaikan suhu (°C-1)

Contoh
Batang suatu logam pada suhu 10o C memiliki panjang 100 cm. Tentukan panjang logam  tersebut pada suhu 310oC jika α = 1,2 x 10-5/oC.

Diketahui : lo = 100 cm
     Δt = t2-t1 = 310 o – 10 o = 300o C
Ditanya : l   = ?
Jawab :   l   = lo (1 + α Δt)
= 100 (1 + 1,2 x 10-5/oC x 300o C)
= 100 + 0,36 cm
          = 100,36 cm

c) Muai Luas Zat Padat
Pemuaian luas terjadi jika benda padat yang memuai berbentuk kepingan persegi (plat). Berbeda dengan pemuaian panjang yang hanya memperhitungkan muai panjang, pada pemuaian luas muai lebar juga ikut diperhitungkan. Koefisien muai luas adalah dua kali koefisien muai panjang. Secara matematis koefisien muai luas dituliskan sebagai berikut β = 2α.


Persamaan Muai Luas
At = A0 (1 + (β · ∆T)  atau  At = A0 (1 + (2 α · ∆T)

Keterangan:
A = pertambahan luas (m2)
β  = koefisien muai luas = 2α  (°C-1)
 α = koefisien muai panjang (°C-1)
T = kenaikan suhu (°C)
At = luas benda setelah dipanaskan (m2)
A0 = luas benda mula-mula (m2)

Contoh
Sebuah plat aluminium yang berbentuk persegi mempunyai sisi 10 cm dan suhu 30 °C. Kemudian plat tersebut dipanaskan hingga mencapai suhu 80 °C. Jika koefisien muai panjang aluminium 0,0000255 °C-1, tentukanlah luas plat aluminium pada suhu akhir !

Diketahui:
luas mula-mula (A0) = (10 cm)2 = 100 cm2
kenaikan suhu (ΔT) = 80 °C – 30 °C = 50 °C
koefisien muai luas (β) = 2.(0,0000255 °C-1) = 0,00005 °C-1

Ditanyakan: ΔA = ?
Jawab:
At  = A0 (1 + (β · ∆T)  
     = 100 cm2 {1 + (0,00005°C-1 x 50 °C)}
     = (100 cm2) + 100 x {(0,00005°C-1) × (50 °C)}
     = 100 cm2 + 0,25 cm2
Jadi, luas aluminium tersebut adalah 100,25 cm2

d) Muai Volume Zat Padat
Jika zat padat yang dipanaskan berbentuk bangun ruang seperti bola, kubus, atau balok, maka bangun ruang tersebut mengalami pemuaian yang disebut muai volume. Pada muai volume, pemuaiannya dianggap ke semua arah. Untuk menentukan pemuaian volume zat padat, koefisien muainya adalah tiga kali koefisien muai panjang, atau secara matematis dituliskan sebagai berikut  γ = 3α

Persamaan Muai Volume
Vt = V0 (1 + γ. ΔT ) atau Vt = V0 (1 + 3 α . ΔT )

Keterangan:
ΔV = pertambahan volume (m3)
V0 = volume mula-mula (m3)
Vt = volume benda setelah dipanaskan (m3)
γ = koefisien muai volume = 3α (°C-1)
ΔT = kenaikan suhu (°C)

Contoh
Sebuah aluminium berbentuk kubus dengan rusuk 3 cm dipanaskan dari 20 °C sampai 80 °C. jika koefisien muai aluminium 0,0000255°C-1, tentukanlah volume pada suhu akhir !

Diketahui:
volume mula-mula (V0) = (3 cm)3 = 27 cm3
kenaikan suhu (ΔT) = 80 °C – 20 °C = 60 °C
koefisien muai volume (γ) = 3 (0,0000255 °C-1) = 0,0000765 °C-1
Ditanyakan Vt = ?
Jawab:
Vt = V0 (1 + γ. ΔT )
    = 27 cm3 × (1 + 0,0000765°C-1 × 60°C)
    = 27 cm3 + {27 cm3 x (0,0000765°C-1 × 60°C)}
    = 27 cm3 + 0,12393 cm3
Jadi, volume aluminium pada suhu 60°C  adalah 27,12393 cm3.


Referensi:
Ilmu Pengetahuan Alam 1: SMP/MTs kelas VII/ Wasis, Sugeng Yuli Irianto - Jakarta: Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional, 2008.