Perubahan Akibat Suhu

 

Apa yang terjadi pada benda jika suhunya berubah? Salah satu perubahan yang terjadi pada benda adalah ukuran benda itu berubah. Jika suhu benda naik, secara umum ukuran benda bertambah. Peristiwa ini disebut pemuaian

1. Pemuaian Panjang Zat Padat

Zat padat dapat mengalami pemuaian. Gejala ini memang sulit untuk diamati secara langsung, tetapi seringkali kamu dapat melihat pengaruhnya. Misalnya, saat kamu menuangkan air panas ke dalam gelas, tiba-tiba gelas itu retak. Retaknya gelas ini karena terjadinya pemuaian yang tidak merata pada gelas itu.

Pada  umumnya,  benda  atau  zat  padat  akan  memuai  atau  mengembang jika dipanaskan dan menyusut jika didinginkan. Pemuaian dan penyusutan itu terjadi pada semua bagian benda, yaitu panjang, lebar, dan tebal benda tersebut.

Jika benda padat dipanaskan, suhunya akan naik. Pada suhu yang tinggi, atom dan molekul penyusun logam tersebut akan bergetar lebih cepat dari biasanya sehingga logam tersebut akan memuai ke segala arah.

Rel kereta api dibuat bercelah

Para perancang bangunan, jembatan, rel kereta api dan jalan raya harus memperhatikan sifat pemuaian dan penyusutan bahan karena perubahan suhu. Rel Kereta Api umumnya dibuat dari besi baja yang saling disambungkan satu dengan lainnya. Untuk itu, agar sambungan besi baja tidak melengkung karena memuai akibat terik panas matahari atau menyusut di malam hari, sambungan-sambungan besi baja tidak boleh dipasang saling rapat satu dengan lainnya. Harus ada rongga yang cukup di antara sambungan-sambungan itu.

Bimetal dibuat berdasarkan sifat pemuaian zat padat. Bimetal antara lain dimanfaatkan pada termostat. Prinsip kerja termostat sebagai berikut. Jika udara di ruangan dingin, keping bimetal pada Gambar akan menyusut, membengkok ke kiri, dan menyentuh logam biasa sehingga kedua ujungnya saling bersentuhan. Sentuhan antara kedua ujung logam itu menjadikan rangkaian tertutup dan menyalakan pemanas sehingga ruangan menjadi hangat.

Jika untuk mengontrol ruangan berpendingin, cara kerjanya serupa. Saat ruangan mulai panas, termostat bengkok dan menghubungkan rangkaian listrik sehingga pendingin kembali bekerja.

Gambar  Alat Musschenbroek

Hasil percobaan dengan Alat Musschenbroek menunjukkan jika panjang logam mula-mula sama, untuk logam yang berbeda ternyata pertambahan panjangnya benda karena pemuaiannya juga berbeda. Besaran yang menentukan pemuaian panjang zat padat adalah koefisien muai panjang. Koefisien muai panjang suatu zat padat  adalah bilangan yang menunjukkan pertambahan panjang tiap satu satuan panjang zat itu jika suhunya dinaikkan 1⁰C .

Sebagai contoh, jika muai panjang  kaca       9 x 10^-6/⁰C  berarti jika 1 meter kaca suhunya  bertambah 1⁰C maka panjangnya bertambah  0,000009 meter.

Tabel tersebut di atas menunjukkan koefisien muai panjang beberapa bahan. Berdasarkan tabel tersebut, mengapa alat laboratorium menggunakan kaca  Pyrex?

Contoh penerapan:

Panjang aluminium pada suhu 30⁰C adalah 100 cm. Koefisien muai panjang aluminium adalah 0,000025/⁰C, hitung panjang aluminium itu pada suhu 80⁰C !.

Apa yang diketahui?

L₀ = 100 cm

α = 0,000025/⁰C

Δ t = 80⁰C - 30⁰C = 50⁰C

Apa masalahnya?

Menentukan panjang pada suhu 80⁰C atau L_t

Bagaimana strateginya ?

Gunakan persamaan pemuaian

Bagaimana penerapannya?

L_t =   L₀ +   L₀  (α x Δ t)

    = 100 + 100 (0,000025 x 50)

   = 100,125 cm

Langkah penyelesaian:

Jadi, panjang aluminium pada suhu 80⁰C adalah 100,125 cm.

 

b. Pemuaian Luas dan Volume Zat Padat

Jika suatu benda berbentuk lempengan dipanaskan, pemuaian terjadi pada kedua arah sisi-sisinya. Pemuaian semacam ini disebut pemuaian luas. Pemasangan pelat-pelat logam selalu memperhatikan terjadinya pemuaian luas. Pemuaian luas memiliki koefisien muai sebesar dua kali koefisien muai panjang. Berdasarkan data dalam Tabel di atas, maka lempengan baja memiliki koefisien muai luas sebesar 0,000022/⁰C.

Bagaimanakah pemuaian yang dialami oleh kelereng dan balok besi jika kedua benda tersebut dipanaskan? Benda-benda yang berdimensi tiga (memiliki panjang, lebar, dan tinggi) akan mengalami muai ruang jika dipanaskan. Pemuaian ruang memiliki koefisien muai tiga kali koefisien muai panjang. Balok baja jika dipanaskan akan memuai dengan koefisien muai sebesar 0,000033/⁰C.

Pernahkah kamu menjumpai daun pintu tidak dapat ditutupkan pada bingkai pintunya? Kaca jendela tidak dapat masuk ke dalam bingkainya? Hal itu terjadi karena pemasangan daun pintu dan kaca jendela terlalu rapat dengan bingkainya sehingga ketika terjadi pemuaian atau penyusutan tidak tersedia lagi rongga yang cukup.

2. Pemuaian Zat Cair dan Gas

Sebagaimana zat padat, zat cair juga memuai jika dipanaskan. Bahkan, pemuaian zat cair relatif lebih mudah atau lebih cepat teramati dibandingkan dengan pemuaian zat padat.

Pemuaian zat cair

Gas juga memuai jika dipanaskan. Sifat pemuaian gas harus diperhatikan dalam kehidupan sehari-hari, misalnya ketika memompa ban sepeda jangan terlalu keras, seharusnya sesuai ukuran.

Pemuaian zat gas

Referensi:

Ilmu Pengetahuan Alam. SMP/MTs Kelas VII Semester 1. Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan. Edisi Revisi Jakarta: Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan, 2017.

Ilmu pengetahuan alam 1 : untuk SMP/MTs/ kelas VII Teguh Sugiyarto, Eny Ismawati — Jakarta : Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional, 2008. 

Baca juga:

SUHU DAN PERUBAHANNYA
1	Bagaimana Mengetahui Suhu Benda?
2	Bagaimana membuat skala suhu pada termometer?
3	Perubahan Akibat Suhu
4	Serba-serbi Terkait Suhu