PENJELASAN PEMUAIAN ZAT PADAT BESERTA CONTOH SOAL

PENJELASAN PEMUAIAN ZAT PADAT LENGKAP BESERTA CONTOH SOAL

Selamat pagi teman, karena waktu selalu pagi, hehehe supaya kita semangat. Kembali lagi di artikel kami. Kali ini kita akan menjelaskan mengenai pemuaian zat padat.

Sebagian besar zat akan memuai bila dipanaskan dan menyusut ketika didinginkan. Bila suatu zat dipanaskan (suhunya dinaikkan) maka molekul-molekulnya akan bergetar lebih cepat dan amplitudo getaran akan bertambah besar dan terjadilah pemuaian.

Pemuaian adalah bertambahnya ukuran benda akibat kenaikan suhu zat tersebut.

Pemuaian dapat terjadi pada zat padat, cair dan gas. Besarnya pemuaian zat sangat tergantung ukuran benda semula, kenaikan suhu dan jenis zat. Efek pemuaian zat sangat bermanfaat dalam pengembangan berbagai teknologi.

Gambar 1. Contoh Pemuaian Dalam Aktivitas Sehari-hari (Sumber:gurupendidikan.co.id)

A. Pemuaian Zat Padat

Salah satu peristiwa pemuaian zat padat adalah gelas kosong yang diisi dengan air mendidih menjadi retak. Peristiwa ini terjadi karena bagian dalam gelas memuai terlebih dahulu daripada bagian luar gelas.

Pemuaian yang terjadi pada benda, sebenarnya terjadi pada seluruh bagian benda tersebut. Namun demikian, untuk mempermudah pemahaman maka pemuaian zat padat dibedakan menjadi tiga macam yaitu pemuaian panjang, pemuaian luas dan pemuaian volume.

1. Pemuaian Panjang

Apabila zat padat dipanaskan, zat padat itu akan memuai ke segala arah. Artinya, ukuran panjang, luas, dan volumenya menjadi bertambah. Untuk benda padat yang berbentuk memanjang dengan luas penampang kecil, misalnya jarum jahit atau kawat, pertambahan luas dan volume akibat pemuaian dapat diabaikan. Dengan demikian, kita hanya dapat memperhatikan pemuaian panjang saja. Pemuaian yang hanya berpengaruh secara nyata pada pertambahan panjang zat disebut muai panjang. 

Untuk mempelajari pemuaian panjang, kalian dapat menggunakan alat yang dinamakan Musschenbroek. 

Gambar 2. Alat Musschenbroek (Sumber:sciencemediaedu.com)

Pemuaian panjang suatu benda dipengaruhi oleh panjang mula-mula benda, besar kenaikan suhu dan tergantung dari jenis zat. Secara matematis, pertambahan panjang zat padat dapat dihitung dengan menggunakan rumus :

Rumus 1. Pertambahan Panjang Zat

Besarnya panjang zat padat untuk setiap kenaikan 10Celcius pada zat sepanjang 1 m disebut koefisien muai panjang (α). Hubungan antara panjang benda, suhu dan koefisien muai panjang dinyatakan dengan persamaan 

Rumus 2. Besarnya Panjang Logam Setelah Dipanaskan

Koefisien muai panjang setiap jenis logam yang berbeda akan memiliki nilai yang berbeda. Jadi, koefisien muai panjang menunjukkan jenis logam. Suatu koefisien muai panjang dapat diperoleh berdasarkan persamaan Rumus.1  yaitu:

Rumus 3. Mencari koefisien panjang suatu benda

Dibawah ini ditampilkan tabel koefisien muai panjang untuk beberapa jenis zat padat.

Tabel 1. Koefisien Muai Panjang Beberapa Jenis Zat Padat.

Jenis Zat Padat	Koefisien Muai Panjang (per oC)
Aluminium	0,000024
Kuningan	0,000020
Tembaga	0,000017
Kaca	0,000009
Invar (paduan besi-nikel)	0,0000009
Kuarsa	0,0000004
Baja	0,000012

Contoh Soal

Sebuah jembatan yang dibuat dari baja pada suhu 30^oC panjangnya 100 m. Berapakah pertambahan panjang baja itu apabila suhunya naik menjadi 60^oC?

Penyelesaian

Panjang baja mula-mula l₀ = 100 m

Pertambahan suhu ∆t = t₁ – t₀ = 60^oC - 30^oC = 30^oC

Koefisien muai panjang baja α = 0,000012/^oC

Dengan menggunakan Rumus.1 diperoleh :

∆l = α x l₀ x ∆t = (0,000012/^oC) x (100m) x (30^oC) = 0,036 m

Jadi, pertambahan panjang kawat baja adalah ∆l = 0,036m = 3,6 cm

2. Pemuaian Luas

Apabila zat padat berbentuk pelat atau lempengan dipanaskan, terjadi pemuaian dalam arah panjang dan lebarnya. Dengan kata lain, pelat itu mengalami pemuaian luas atau pemuaian bidang. Perhatikan gambar dibawah.

Gambar 3. Pemuaian Luas

Gambar 3. menunjukkan sebuat pelat logam yang pada suhu t₀ panjangnya p₀ dan lebarnya l₀. Jadi luas pelat pada suhu t₀ adalah A₀ = p₀ × l₀. Apabila pelat itu dipanaskan sampai suhu t_, maka panjangnya bertambah sebesar Dp dan lebarnya bertambah sebesar Dl. Pertambahan luas zat padat untuk setiap kenaikan 1^oC pada zat seluas 1 m² disebut koefisien muai luas (β).

Seperti pada pembahasan pemuaian panjang, pertambahan luas zat padat dapat dihitung dengan menggunakan rumus : 

∆A = β x A₀ x ∆t

                                               dengan         ∆A   : pertambahan luas
                                                                    β     : koefisien muai luas
                                                                    A_{0    :} luas benda mula-mula
                                                                   ∆t     : perubahan suhu
                                                                                     
                                                Rumus 4. Rumus Pertambahan Luas Zat Padat

Perlu diketahui, hubungan antara koefisien muai panjang a dan koefisien muai luas b adalah b = 2a.

Jadi luas benda setelah dipanaskan adalah

A_t = A₀ (1+ β.∆t)

                                               dengan         A_t   : luas benda setelah dipanaskan
                                                                    A_0  : luas benda mula-mula
                                                                    β    : koefisien muai luas                                                     
                                                                   ∆t    : perubahan suhu

                                               Rumus 5. Rumus Luas Benda Setelah Dipanaskan

Pemuaian luas dapat kita amati pada jendela kaca rumah. Pada saat udara dingin kaca menyusut kerena koefisien muai kaca lebih besar daripada koefisien muai kayu. Jika suhu memanas maka kaca akan memuai lebih besar daripada kayu kusen sehingga kaca akan terlihat terpasang dengan sangat rapat pada kusen kayu.

Contoh Soal:
Sebuah Plat alumunium yang berbentuk persegi mempunyai sisi 10 cm dan suhu 30^oC. Kemudian plat tersebut dipanaskan hingga mencapai suhu 80^oC. Jika koefisien muai panjang alumunium 0,0000255^oC-1, tentukanlah pertambahan luasnya!

Jawab:

Luas plat mula-mula A₀ = (10 cm)² = 100 cm²

Pertambahan suhu ∆t = = 80^oC - 30^oC = 50^oC

Koefisien muai luas β = 2(0,0000255^oC-1) = 0,000051^oC-1

Dengan menggunakan Rumus.4 diperoleh :

∆A = β x A₀ x ∆t = (0,000051^oC-1) x (100cm²) x (50^oC) = 0,255 cm²

Jadi, pertambahan luas plat alumunium tersebut adalah ∆A = 0,255 cm2.

3. Pemuaian Volume

Zat padat yang berbentuk kubus, balok, atau bola apabila dipanaskan volumenya juga akan memuai. Seperti pada pembahasan pemuaian panjang,  pertambahan volume zat padat dapat dihitung dengan menggunakan rumus

 ∆V = γ x V₀ x ∆t

                                        dengan                 ∆V  : pertambahan volume,

                                                                     V₀  : volume zat padat mula-mula,

                                                                     ∆t   : perubahan suhu,

                                                                   γ   : koefisien muai volume.

Rumus 6. Rumus Pertambahan Volume Zat Padat

Perlu diketahui, hubungan antara koefisien muai panjang a dan koefisien muai volume g  adalah  g = 3a.

Sekian penjelasan mengenai materi kali ini adik-adik dan teman-temanku, semoga paham dan lancar sekolahnya. Selamat bertemu dilain waktu.