Pernah gak sih, kamu mengamati suatu benda kalo diberikan perubahan suhu akan mengalami pemuaian?
Oke, emang gak terlihat dengan jelas karena pemuaian benda tersebut sangatlah kecil dibandingkan dengan ukuran semula.
Tapi, pemuaian itu emang benar – benar terjadi. Ingin tahu lebih lengkap? Yuk simak ulasannya berikut ini!
Pengertian Pemuaian
Apa sih, yang dimaksud dengan pemuaian? Jadi,
Pemuaian merupakan bertambahnya ukuran benda yang terjadi karena adanya kenaikan suhu.
Pemuaian tersebut bisa terjadi pada zat – zat yang cair, padat, dan juga gas. Besarnya pemuaian zat sangat tergantung pada ukuran benda pertamanya, kenaikan suhu dan jenis zat.
Efek pemuaian zat tersebut akan sangat bermanfaat dalam suatu pengembangan di berbagai ilmu dan juga teknologi.
Menurut De Chaira 1978 mengatakan: Saat sebuah bahan mengalami pemanasan, volumenya selalu meningkat dan setiap dimensi juga meningkat bersamaan.
Sedangkan, apa itu Pemuaian panas?
Pemuaian panas yaitu perubahan suatu benda yang bisa jadi bertambah panjang, lebar, luas, atau juga berubah suatu volumenya dikarenakan terkena panas (kalor).
Pemuaian tiap – tiap benda tersebut akan berbeda, tergantung dari suhu di sekitar dan juga koefisien muai atau juga daya muai dari benda tersebut.
Jenis – Jenis Pemuaian
Pemuaian terbagi menjadi 3 jenis, diantaranya sebagai berikut dibawah ini:
1. Pemuaian Zat Padat
Pemuaian zat padat merupakan jenis pemuaian yang terjadi pada suatu benda.
Contohnya: Rel kereta api, kabel listrik, dan juga bingkai jendela.
Lalu, pemuaian pada suatu zat padat dibedakan jadi 3 yaitu pemuaian panjang, pemuaian luas, dan pemuaian volume.
a. Pemuaian Panjang
Pemuaian panjang merupakan bertambahnya ukuran panjang suatu benda, karena menerima kalor.
Pada pemuaian panjang nilai lebar dan tebal sangat kecil, dibandingkan dengan nilai panjang benda tersebut. Jadi, lebar dan tebal dianggap gak ada.
Contoh benda yang cumaa mengalami pemuaian panjang aja adalah kawat kecil yang panjang sekali.
Pemuaian panjang suatu benda dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu panjang awal benda, koefisien muai panjang dan besar perubahan suhu.
Koefisien muai panjang suatu benda sendiri dipengaruhi oleh jenis benda atau jenis bahan.
Secara matematis persamaan yang dipakai buat menentukan pertambahan panjang benda setelah dipanaskan pada suhu tertentu adalah:
Persamaannya:
ΔL = L0.α.Δt
L = L0 (1 + α.Δt)
Keterangan:
- L = Panjang akhir (m)
- Lo = Panjang mula-mula (m)
- ΔL = Pertambahan panjang (m)
- α = Koefisien muai panjang (/oC)
- Δt = Kenaikan suhu (oC)
b. Pemuaian Luas
Pemuaian luas merupakan pertambahan ukuran luas suatu benda, karena menerima kalor.
Pemuaian luas terjadi pada benda yang mempunyai ukuran panjang dan lebar, sedangkan tebalnya sangat kecil dan dianggap gak ada.
Contoh benda yang mempunyai pemuaian luas yaitu jendela kaca rumah.
Ada beberapa faktor yang mempengaruhi pemuaian luas yaitu luas awal, koefisien muai luas, dan juga perubahan suhu.
Nah, buat menentukan pertambahan luas dan volume akhir dipakai persamaan sebagai berikut ini:
Persamaannya:
A = Ao + ΔA
ΔA = Ao – β Δt
ΔA = Ao (1+β Δt)
Keterangan:
- A = Luas akhir (m2)
- Δo = Pertambahan luas (m2)
- Ao = Luas mula-mula (m2)
- β = Koefisien muai luas zat (/0C)
- Δt = Kenaikan suhu (0C)
c. Pemuaian Volume
Pemuaian volume merupakan pertambahan ukuran volume suatu benda, karena menerima kalor.
Pemuaian volume terjadi benda yang mempunyai ukuran panjang, lebar dan tebal.
Contoh benda yang mempunyai pemuaian volume yaitu seperti kubus, air, dan juga udara.
Volume yaitu bentuk lain dari panjang dalam 3 dimensi, karena itu buat menentukan koefisien muai volume sama dengan 3 kali koefisien muai panjang.
Persamaan yang dipakai buat menentukan pertambahan volume dan volume akhir suatu benda adalah:
Persamaannya:
V = Vo (1 + γ . Δt)
Keterangan:
- V = Volume akhir (m3)
- Vo = Volume mula-mula (m3)
- ΔV = Pertambahan volume (m3)
- γ = Koefisien muai volume (/oC)
- Δt = Kenaikkan suhu (oC)
2. Pemuaian Zat Cair
Pemuaian zat cair ini gak melibatkan muai panjang ataupun muai luas, tapi cuma dikenal sebagai muai ruang atau muai volume aja.
Jadi, semakin tinggi suhu yang diberikan pada zat cair, maka akan semakin besar juga muai volumenya.
Pemuaian zat cair buat masing-masing jenis zat cair beda-beda, akibatnya walaupun mula-mula volume zat cair sama tapi setelah dipanaskan volumenya jadi beda-beda.
Pemuaian volume zat cair terkait dengan pemuaian tekanan, karena peningkatan suhu. Titik pertemuaan antara wujud cair, padat, dan gas disebut dengan triple point.
3. Pemuaian Zat Gas
Gas mengalami pemuaian saat suhunya bertambah dan akan mengalami penyusutan, kalo suhunya menurun.
Pada pemuaian zat gas, gak dikenal muai panjang dan juga muai luas, yang ada cuma muai volume gas tersebut aja. Rumus pemuaian pada gas atau pemuaian volume:
V = V_o (1 + y . Δl)
Keterangan:
- y = Koefisien muai volume (1/273oC)
Kemudian, pemuaian zat gas ini terbagi menjadi 3 macam, diantaranya yaitu:
a. Pemuaian Gas saat Isotermal
Contohnya saat akan mempompa buat mengisi angin pada ban sepeda. Awalnya akan terasa ringan (ketika diangkat), tapi lama kelamaan akan jadi semakin berat.
Hal ini karena saat menekan pompa, hal itu berarti volume gas tersebut akan mengecil.
Pemuaian gas pada suhu tetap berlaku hukum Boyle yang menyatakan kalo gas didalam ruang tertutup yang suhunya dijaga tetap, maka hasil kali tekanan dan volume gas adalah tetap.
Berdasarkan hal tersebut maka dirumuskan:
PV = Tetap atau P_1 V_1 = P_2 V_2
Keterangan:
- P = Tekanan (atm)
- V = Volume (L)
b. Pemuaian Gas saat Isobarik
Pemuaian gas pada tekanan tetap berlaku hukum Gay Lussac yaitu gas didalam ruang tertutup dengan tekanan dijaga tetap, maka volume gas sebanding dengan suhu mutlak gas.
Dalam bentuk persamaan bisa kamu tuliskan sebagai berikut ini:
V1/(T1) = V2/T2
Keterangan:
- V = Volume (L)
- T = Suhu (K)
c. Pemuaian Gas saat Isohkorik
Pemuaian gas pada volume tetap berlaku hukum Boyle-Gay Lussac yaitu kalo volume gas didalam ruang tertutup dijaga tetap, maka tekanan gas sebanding dengan suhu mutlaknya.
Hukum ini dirumuskan seperti berikut ini:
P1/T1 = P2/T2
Keterangan:
- P = Tekanan (atm)
- T = Suhu (K)
Konsep Pemuaian Zat
Berikut ini, ada beberapa penerapan konseop pemuaian zat dalam kehidupan sehari – hari.
Prinsip pemuaian zat banyak diterapkan dalam kehidupan sehari – hari, contoh penerapannya sebagai berikut:
1. Pemasangan Kaca Jendela
Pemasangan kaca jendela memperhatikan juga ruang muai buat kaca, karena koefisien muai kaca lebih besar daripada koefisien muai kayu tempat kaca tersebut dipasang.
Jadi, hal tersebut sangat penting sekali buat menghindari terjadinya pembengkokan pada bingkai kaca jendela tersebut.
2. Pemasangan Jaringan Telepon dan Listrik
Kabel pada jaringan telepon atau listrik yang dipasang kendur dari tiang satu ke tiang lainnya jadi saat udara dingin panjang kabel akan sedikit berkurang dan mengencang.
Jadi kalo kabel gak dipasang kendur, maka saat terjadi penyusutan kabel tersebut akan terputus.
3. Pemasangan Sambungan Rel Kereta Api
Penyambungan rel kereta api harus menyediakan celah, antara satu batang rel dengan batang rel lain.
Kalo suhu meningkat, maka batang rel akan memuai sampai akan bertambah panjang.
Dengan diberikannya ruang muai antara rel, maka gak akan terjadi desakan antara rel yang akan mengakibatkan rel menjadi bengkok.
4. Pemasangan Bingkai Besi pada Roda Pedati
Bingkai roda pedati pada keadaan normal dibuat sedikit lebih kecil daripada tempatnya jadi gak dimungkinkan buat dipasang secara langsung pada tempatnya.
Buat memasang bingkai tersebut, pertama besi harus dipanaskan sampai memuai dan ukurannya juga akan jadi lebih besar daripada tempatnya sehingga memudahkan buat dilakukan pemasangan bingkai tersebut.
Lalu saat suhu mendingin, maka ukuran bingkai kembali mengecil dan terpasang kuat pada tempatnya.
Penyebab Terjadinya Pemuaian
Proses pemuaian terjadi karena adanya hal-hal seperti kenaikan temperatur, tekanan yang tinggi, dan juga laju alir yang terlalu cepat.
Saat terjadi kenaikkan temperatur, maka akan terjadi pergerakkan partikel yang saling bertabrakan yang satu dengan lainnya.
Adanya tabrakan tersebut, yang menyebabkan terjadinya perluasan daerah secara alamiah atau yang sering disebut dengan pemuaian.
Selanjutnya, pada saat tekanan tinggi masuk pada suatu alat, maka bisa juga menyebabkan terjadinya pemuaian.
Saat tekanan itu udah mendekati batas maksimum tekanan pada data design, maka unit tersebut akan berusaha menyesuaikan dirinya dengan tekanan sekitar.
Pemuaian ini punya batas maksimal, artinya pada unit (alat) tersebut gak bisa lagi menyesuaikan dengan tekanan yang ada. Hal ini bisa menyebabkan terjadinya ledakan dan kebocoran.
Kemudian, laju alir yang terlalu tinggi juga bisa menyebabkan terjadinya pemuaian yang diakibatkan adanya gaya gesek yang dihasilkan dari fluida yang mengalir.
Saat laju alir yang terlalu tinggi bisa menyebabkan partikel bergesakan dan bergerakan cepat.
Proses pemuaian yang terjadi akibat laju alir mempunyai prinsip yang tgak jauh beda dengan pemuaian yang diakibatkan oleh kenaikan temperatur.
Kerugian Akibat Pemuaian
Ada beberapa contoh kerugian yang ditimbulkan akibat pemuaian, adalah sebagai berikut ini:
- Rel kereta api melengkung pada siang hari karena rel mengalami pemuaian, sedangkan rel terikat oleh baut – baut pengikat hal ini tujuannya buat mengatasi melengkungnya rel, pada tiap sambungan rel diberi celah.
- Kabel listrik dipasang agak kendor. Kalo dipasang pada posisi tegang, pada malam hari suhunya lebih rendah, kabel listrik menyusut dan bisa putus.
- Jembatan bisa melengkung atau patah saat suhu udara naik. Hal ini bisa diatasi dengan cara membuat celah (rongga) pada tiang penyangga jembatan atau membuat celah pada tiap sambungan balok jembatan.
- Gelas atau mangkok dari kaca retak atau pecah saat diisi dengan air panas secara tiba – tiba. Hal ini terjadi karena gelas gak mudah menghantarkan panas jadi saat diisi air panas, kalor gak cepat menyebar. Akibatnya, bagian dalam gelas memuai lebih cepat dibanding bagian luarnya.
Contoh Soal Pemuaian
1. Sebuah baja memiliki panjang 1200 cm. Berapakah panjang akhir baja itu, jika terjadi perubahan suhu sebesar 50°C? (αbaja= 12 × 10-6 °C-1)
Jawaban:
Diketahui:
- L0 = 1200cm = 1.2m
- ∆T = 50°C
- αbaja= 12 × 10-6 °C-1
Ditanya: Panjang akhir baja?
Dijawab:
- L = L0 + ∆L
- ∆L = L0 αbaja ∆T
- L = 1.2 + 1.2 12 × 10-6 50
- L = 1.2 + 720 10-6
- L = 1.20072 m
Jadi, panjang akhir baja tersebut adalah 1.20072 m
2. Sebuah bola yang memiliki volume 60 m3 dipanaskan hingga mencapai temperatur 110oC. Jika pada kondisi awal, kondisi tersebut memiliki temperatur 10oC, tentukanlah volume akhir bola tersebut setelah terjadi pemuaian (diketahui α = 17 × 10-6/0C).
Coba kalian jawab, contoh soal nomor dua tersebut. Kalo udah menemukan jawabannya, langsung aja tulis dikolom komentar cuy 😀
