Berikut ini akan dibahas tentang pemuaian zat, pemuaian, pemuaian zat padat, pemuaian zat cair, pemuaian panjang, koefisien muai panjang, pemuaian gas, pemuaian zat gas, muai panjang, pemuaian luas, pemuaian volume, koefisien muai volume, tabel koefisien muai panjang, contoh soal pemuaian, contoh soal pemuaian panjang, contoh pemuaian zat gas, contoh soal pemuaian luas, contoh soal pemuaian volume, contoh soal muai panjang, contoh soal pemuaian gas, contoh soal koefisien muai panjang.
Pemuaian Zat
Anda mungkin pernah melihat sambungan rel kereta api dibuat renggang atau bingkai kaca lebih besar daripada kacanya. Hal ini dibuat untuk menghindari akibat dari terjadinya pemuaian. Pemuaian terjadi jika benda yang dapat memuai diberi panas.
Ada 3 jenis pemuaian jenis zat, yaitu pemuaian zat padat, pemuaian zat cair, dan pemuaian zat gas. Pada pembahasan kali ini hanya akan dibahas pemuaian zat padat.
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.
 |
| Nilai Pendekatan Koefisien Muai Panjang untuk berbagai zat |
Contoh Soal 1:
Sebuah kuningan memiliki panjang 1 m. Tentukanlah pertambahan panjang kuningan tersebut jika temperaturnya naik dari 10°C sampai 40°C.
Jawaban:
Diketahui: L0 = 1 m,
ΔT = 40°C – 10°C = 30°C = 303,15K, dan
αkuningan = 19 × 10–6/K.
ΔL = α L0 ΔT
= (19 × 10–6/K)(1 m)(303,15 K)
= 5,76 × 10–3 = 5,76 mm
Jadi, pertambahan panjang kuningan setelah temperaturnya naik menjadi 40° adalah 5,76 mm.
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 (Pangkat dua).
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
seperti yang telah Anda ketahui bahwa
Contoh Soal 2:
Sebuah batang aluminium memiliki luas 100 cm2. Jika batang aluminium tersebut dipanaskan mulai dari 0°C sampai 30°C, berapakah perubahan luasnya setelah terjadi pemuaian? (Diketahui: α = 24 × 10–6/K).
Jawaban:
Diketahui: A0 = 100 cm2 = 1 m2,
ΔT = 30°C – 0°C = 30°C = 303,15 K, dan
β = 2α = 48 × 10–6/K.
ΔA = β A0ΔT
ΔA = 48 × 10–6/K × 1 m2 × 303,15 K
ΔA = 0,0145 m2
Jadi, perubahan luas bidang aluminium setelah pemuaian adalah 0,0145 m2.
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:
Contoh Soal 3:
Sebuah bola yang memiliki volume 50 m3 jika dipanaskan hingga mencapai temperatur 50°C. Jika pada kondisi awal kondisi tersebut memiliki temperatur 0°C, tentukanlah volume akhir bola tersebut setelah terjadi pemuaian (Diketahui α = 17 × 10–6/K)
Jawaban:
Diketahui: V0 = 50 m3,
ΔT = 50°C – 0°C = 50°C = 323,15 K, dan
γ = 3α = 51 × 10–6/K.
ΔV = γ Vo ΔT
ΔV = 51 × 10–6/K × 50 m3 × 323,15 K
ΔV = 0,82 m3
ΔV = V – Vo
V = ΔV + Vo
V = 0,82 m3 + 50 m3 = 50,82 m3
Jadi, volume akhir bola setelah pemuaian adalah 50,82 m3
