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.

Baca juga

KALOR DAN PEMUAIAN
01	Perpindahan Kalor
02	Penerapan Pemuaian Zat
03	Pemuaian Zat Padat
04	Pemuaian Zat Cair

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:

l_t = l₀ + ∆l atau l_t = l₀ (1 + (α ·∆T)

Keterangan:

∆l = pertambahan panjang (m)

l₀ = panjang mula-mula (m)

l_t = panjang benda setelah dipanaskan

α  = koefisien muai panjang (°C-1)

∆T = kenaikan suhu (°C-1)

Contoh

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

Diketahui : lo = 100 cm

     Δt = t₂-t₁ = 310 ^o – 10 ^o = 300^o C

Ditanya : l   = ?

Jawab :   l   = lo (1 + α Δt)

= 100 (1 + 1,2 x 10^-5/^oC x 300^o 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

A_t = A₀ (1 + (β · ∆T)  atau  A_t = 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)

A_t = 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:

A_t  = 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

V_t = V₀ (1 + γ. ΔT ) atau V_t = V₀ (1 + 3 α . ΔT )

Keterangan:

ΔV = pertambahan volume (m³)

V₀ = volume mula-mula (m³)

V_t = 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:

V_t = 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.

Baca juga

KALOR DAN PEMUAIAN
01	Perpindahan Kalor
02	Penerapan Pemuaian Zat
03	Pemuaian Zat Padat
04	Pemuaian Zat Cair

Penerapan Pemuaian Zat

A. Alat Pengukur Pemuaian

Muschembroek

1. Muschenbroek: alat yang digunakan untuk menyelidiki pemuaian zat padat.

Labu Didih

2. labu didih: alat yang digunakan untuk menyelidiki pemuaian zat cair.

Dilatometer

3. Dilatometer: alat yang digunakan untuk menyelidiki pemuaian gas.

B. Masalah yang ditimbulkan oleh pemuaian dalam kehidupan sehari-hari:

1. Pemasangan kaca jendela

Kaca Jendela

Tukang kayu merancang ukuran bingkai jendela yang sedikit lebih besar daripada ukuran sebenarnya. Hal ini dilakukan untuk memberi ruang kaca saat terjadi pemuaian. Apabila desain jendela tidak diberi ruangan pemuaian, maka saat kaca memuai akan  mengakibatkan retaknya kaca tersebut.

2. Celah pemuaian pada sambungan jembatan

Jembatan

Sambungan antara dua jembatan beton terdapat celah di antaranya. Hal ini bertujuan agar jembatan tersebut tidak melengkung saat terjadi pemuaian.

3. Sambungan rel kereta api

Sambungan Rel KA

Sambungan rel kereta api dibuat ada celah diantara dua batang rel tersebut. Hal ini bertujuan agar saat terjadi pemuaian tidak menyebabkan rel melengkung.

4. Kawat telepon atau kawat listrik

Pemasangan kawat listrik

Pemasangan kawat telepon atau kawat listrik dibiarkan kendor saat pemasangannya pada siang hari. Hal ini dilakukan dengan maksud, pada malam hari kawat telepon atau listrik saat mengalami penyusutan kawat tersebut tidak putus.

C. Manfaat pemuaian dalam kehidupan sehari-hari

1. Pengelingan

Pengelingan

Menyambung dua pelat dengan menggunakan paku khusus dengan  proses khusus disebut mengeling. Paku keling yang dipakai untuk mengeling sesuatu dalam keadaan panas sampai berpijar dan dimasukkan ke dalam lubang pelat yang hendak kita keling. Kemudian paku bagian atas dipukul-pukul sampai rata. Setelah dingin paku keling tersebut akan menyusut dan menekan kuat pelat tersebut. Pengelingan dapat kamu jumpai pada pembuatan badan kapal laut.

2. Keping bimetal

Keping Bimetal

Dua keping logam yang mempunyai koefisien muai panjang berbeda dikeling menjadi satu disebut keping bimetal. Keping bimetal peka terhadap perubahan suhu. Jika keping bimetal dipanaskan, maka akan melengkung ke arah logam yang angka koefisien muai panjangnya kecil. Bila didinginkan, keping bimetal akan melengkung ke arah logam yang angka koefisien muai panjangnya besar. Perbedaan pemuaian ini dipakai sebagai termostat. Termostat adalah alat yang berfungsi ganda sebagai saklar otomatis dan sebagai pengatur suhu. Beberapa alat yang memanfaatkan keping bimetal dalam termostat, antara lain: setrika listrik, almari es, bel listrik, alarm kebakaran, lampu sen mobil atau motor, rice cooker, oven.

3. Pemasangan bingkai roda logam pada pedati dan kereta api

Roda Pedati

Roda pedati dan roda kereta api memiliki ukuran lebih kecil daripada ukuran bingkainya. Untuk dapat memasang roda logam tersebut, maka dengan cara pemanasan. Hal ini mengakibatkan roda logam akan mengalami pemuaian. Kemudian roda logam tersebut dipasang pada bingkainya, setelah dingin roda akan menyusut dan terpasang pada bingkainya dengan kuat.

Referensi:

SUGIYARTO, Teguh. Ilmu pengetahuan alam 1: untuk SMP/MTs/ kelas VII Teguh Sugiyarto, Eny Ismawati — Jakarta : Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional, 2008. Gambar: dari BSE dan Google Images

Baca juga

KALOR DAN PEMUAIAN
01	Perpindahan Kalor
02	Penerapan Pemuaian Zat
03	Pemuaian Zat Padat
04	Pemuaian Zat Cair

Perpindahan Kalor

A. Cara Perpindahan Kalor

Kalor dapat berpindah dari satu tempat ke tempat lain. Kalor dapat berpindah dengan tiga cara, yaitu konduksi atau hantaran, konveksi atau aliran, dan radiasi atau pancaran.

1) Konduksi atau Hantaran

Konduksi atau Hantaran

Konduksi adalah perpindahan kalor melalui suatu zat tanpa disertai perpindahan partikel-partikel zat tersebut.

2) Konveksi atau Aliran

Konveksi atau Aliran

Konveksi adalah perpindahan kalor pada suatu zat yang disertai perpindahan partikel-partikel zat tersebut.

3) Radiasi atau Pancaran

Radiasi atau Pancaran

Radiasi adalah perpindahan kalor tanpa melalui zat perantara.

B. Penerapan Perpindahan Kalor

Baju cerah mengurangi penyerapan kalor

1) Pada siang hari yang panas, orang lebih suka memakai baju cerah daripada baju gelap. Hal ini bertujuan untuk mengurangi penyerapan kalor.

Cat mengkilap mengurangi penyerapan kalor

2) Cat mobil atau motor dibuat mengkilap untuk mengurangi penyerapan kalor.

Jaket tebal menahan panas

3) Mengenakan jaket tebal atau meringkuk di bawah selimut tebal saat udara dingin badan merasa nyaman.

Dinding termos mengkilap menahan panas

4) Dinding termos dilapisi perak agar mengkilap untuk menahan kalor.

C. Terjadinya Angin Darat dan Angin Laut

1) Angin Laut

Angin laut terjadi pada siang hari

Pada siang hari daratan lebih cepat panas daripada lautan. Hal ini mengakibatkan udara panas di daratan akan naik dan tempat tersebut diisi oleh udara dingin dari permukaan laut, sehingga terjadi gerakan udara dari laut menuju ke darat yang biasa disebut angin laut. Angin laut terjadi pada siang hari, biasa digunakan oleh nelayan tradisional untuk pulang ke daratan.

2) Angin Darat

Angin darat terjadi pada malam hari

Pada malam hari daratan lebih cepat dingin daripada lautan. Hal ini mengakibatkan udara panas di permukaan air laut akan naik dan tempat tersebut diisi oleh udara dingin dari daratan, sehingga terjadi gerakan udara dari darat menuju ke laut yang biasa disebut angin darat. Angin darat terjadi pada malam hari, biasa digunakan oleh nelayan tradisional untuk melaut mencari ikan.

Referensi:

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

Ilmu pengetahuan alam 1 : untuk SMP/MTs/ kelas VII Teguh Wasis, Sugeng Iriyanto — Jakarta: Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional, 2008.

Gambar dari google images

Baca juga

KALOR DAN PEMUAIAN
01	Perpindahan Kalor
02	Penerapan Pemuaian Zat
03	Pemuaian Zat Padat
04	Pemuaian Zat Cair