Tag: Pemuaian

  • Ringkasan Materi Suhu dan Pemuaian

    Ringkasan Materi Suhu dan Pemuaian

    Suhu

    Suhu adalah ukuran energi kinteik rata-rata dari seluruh molekul baik benda maupun sistem. Secara sederhana suhu didefenisikan sebagai derajat panas dingin dari sebuah sistem dan benda itu sendiri.

    Suatu benda dikatakan:

    1. Bersuhu tinggi jika benda itu panas, memiliki energi kinetik molekul rata-rata yang tinggi, dan gerakan molekul yang cepat.
    2. Bersuhu rendah jika benda itu dingin, dan memiliki energi kinetik molekul rata-rata yang rendah, dan gerakan molekul yang lambat.

    Perubahan suhu dapat menyebabkan perubahan sifat benda yang disebut dengan sifat termometrik. Sifat termometrik antara lain:

    1. Perubahan wujud
    2. Perubahan tekanan
    3. Perubahan ukuran
    4. Perubahan warna (peristiwa radiasi)
    5. Perubahan daya hantar listrik

    A. Termometer

    Termometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur suhu. Termometer dibuat berdasarkan sifat termometrik.

    Macam-macam termometer:

    1. Termometer raksa/klinis, didalamnya diisi raksa yang dapat memuai dan menyusut.
    2. Termometer gas, didalamnya diisi gas hidrogen atau helium yang dapat memuai dan menyusut.
    3. Termometer hambatan, terbuat dari platina yang kenaikan nilai hambatan listriknya berbanding lurus dengan kenaikan suhu.
    4. Termometer paramagnetik, terbuat dari logam yang diamati sifat magnetiknya.
    5. Termometer optik (pirometer), terbuat dari logam yang diamati perubahan warnanya.
    6. Termometer bimetal, terbuat dari dua keping logam tipis yang tingkat kelengkungannya berbanding lurus dengan kenaikan suhu.
    7. Termokopel (thermocouple), terbuat dari dua kawat dengan jenis logam yang berbeda dan terhubung ke amperemeter.

    Skala

    Termometer memiliki beberapa skala, diantaranya adalah skala Celcius, Reamur, Fahrenheit dan Kelvin. Penetapan skala termometer didasarkan atas dua titik acuan skala, yaitu titik tetap atas dan titik tetap bawah.

    1. Titik tetap atas (TA) adalah titik didih air pada tekanan 1 atm.
    2. Titik tetap bawah (TB) adalah titik beku air pada tekanan 1 atm
    Jenis-Jenis Skala Pada Termometer

    Konversi skala dapat dirumuskan:

    \frac{X-X_B}{X_A-X_B}=\frac{Y-Y_B}{Y_A-Y_B}

    X = suhu terukur oX
    Y = suhu terukur oY
    XA = titik atas skala oX
    XB = titik bawah skala oX
    YA = titik atas skala oY
    YB = titik bawah skala oX

    Persamaan konversi skala secara umum dapat ditulis

    \frac{C}{5}=\frac{R}{4}=\frac{F-32}{9}=\frac{K-273}{5}

    B. Pemuaian Zat

    Benda yang mengalami perubahan suhu dapat memuai dan menyusut. Pemuaian zat terdiri dari pemuaian zat padat, zat cair dan gas. Pemuaian zat padat yang dapat terjadi adalah pemuaian panjang, luas, dan volume.

    1. Pemuaian Panjang

    Rumus Pemuaian Panjang
    ΔL = L_oαΔT
    L’ = L_o + ΔL
    L’ = L_o(1 + αΔT)

    Lo = panjang awal (m)
    ΔL = perubahan panjang (m)
    L’ = panjang akhir (m)
    α = koefisien muaipanjang (K-1)
    ΔT = perubahan suhu (K)

    2. Pemuaian Panjang

    Pemuaian luas dapat dirumuskan:

    Ilustrasi dan Rumus Pemuaian Luas
    ΔA= A_o\beta ΔT
    A’ = A_o + ΔA
    A’ = A_o(1 + βΔT)

    Ao = luas awal (m2)
    ΔA = perubahan luas (m2)
    A’ = luas akhir (m2)
    β = koefisien muai luas (K-1)
    ΔT = perubahan suhu (K)

    3. Pemuaian Ruang

    Ilustrasi Pemuaian Ruang Volume
    ΔV= V_o\gamma ΔT
    V’ =V_o + ΔV
    V’ = V_o(1 + γΔT)

    Vo = volume awal (m3)
    ΔV = perubahan volume (m3)
    V’ = volume akhir (m3)
    γ = koefisien muai volume (K-1)
    ΔT = perubahan suhu (K)

    4. Pemuaian pada Fluida

    Volume zat cair yang mengalami perubahan suhu berbanding lurus dengan kenaikan suhu. Anomali air adalah sifat tidak teratur air yang terjadi pada suhu 0 – 4oC. Pada suhu tersebut, zat cair yang dipanaskan bukannya memuai, namun justru menyusut. Hal ini disebabkan oleh terjadinya peristiwa perubahan wujud es menjadi air.

    Pemuaian gas yang dapat terjadi adalah pemuaian volume yang berhubungan dengan tekanan dan suhu. Pemuaian gas dijelaskan oleh hukum Boyle, hukum Gay-Lussac, hukum Charles, dan persamaan gas ideal.

    a. Hukum Boyle

    Hukum Boyle menghubungkan volume dengan tekanan gas.

    Tekanan gas pada suhu konstan berbanding terbalik dengan volume gas, atau hasil kali antara tekanan dan volume gas pada suhu konstan adalah konstan.

    dapat dirumuskan:

    P_1V_1=P_2V_2

    P = tekanan gas (Pa)
    V = volume gas (L)

    b. Hukum Gay-Lussac

    Hukum Gay-Lussac menghubungkan tekanan dengan suhu gas.

    Tekanan mutlak gas pada volume konstan berbanding lurus dengan suhu mutlak gas tersebut.

    \frac{P_1}{T_1}=\frac{P_2}{T_2}

    P = tekanan gas (Pa)
    T = suhu gas (K)

    c. Hukum Charles

    Hukum Charles menghubungkan volume dengan suhu gas.

    Volume gas pada tekanan konstan berbanding lurus dengan suhu mutlak gas tersebut.

    \frac{V_1}{T_1}=\frac{V_2}{T_2}

    V = volume gas (Pa)
    T = suhu gas (K)

    Persamaan gas ideal adalah gabungan dari ketiga hukum di atas, dimana tidak ada variabel yang dijaga konstan.

    \frac{P_1V_1}{T_1}=\frac{P_2V_2}{T_2}
  • Pemuaian Termal

    Pemuaian Termal

    AhmadDahlan.NET – Karakteristik fisik dari sebuah benda pada tingkat atom penyusunnya sangat dipengaruhi oleh energi yang ada pada benda itu sendiri. Penambahan energi luar akan membuat perubahan keadaan pada materi itu sendiri.

    Pemuaian

    Sebuah benda diberikan energi panas akan membuat energi kinetik dari atom-atom tersebut bertambah. Pada benda padat, atom yang cenderung kaku ketika dipanaskan akan bergetar lebih cepat sehingga jarak antar satu atom dan lainya bertambah. Jika semua pertambahan panjang pada tingkat atom ini diakumulasikan maka akan didapatkan pertambahan panjang dari materi yang dapat diamati. Hal ini disebut sebagai pemuaian termal atau pertambahan panjang karena kenaikan suhu.

    Pada dasarnya sebenarnya pertambahan panjang akan terjadi ke semua arah tidak hanya x (panjang) sama tapi juga pada arah y dan z, namun mari kita ambil acuan pada titik x saja. Pertambahan panjang dari sebuah zat yang dipanaskan akan semakin besar jika samakin banyak atom yang dipanaskan dengan persamaan :

    Δl = α lo ΔT

    dimana 

    Δl : Pertambahan panjang (m)
α : Koefisien muai panjang (Co-1)
lo : Panjang mula-mula (m)
ΔT : Perubahan suhu (Co)

    α merupakan karakteristik khusus yang nilai bergantung dari karakteristik fisik sebuah unsur atau senyawa berdasarkan perubahan panas yang dialami. Meskipun nilainya tidaklah konstan pada seluruh suhu namun pada suhu rendah, perubahan panjang dapat dianggap dianggap linier sehingga α memiliki nilai konstan.

    Adapun nilai-nilai α dari berbagai benda pada suhu 20oC ditunjukkan pada table berikut :

    MateriKoefisien Muai Linier (α)Koefisien Muai Volume (γ)
    Besi12 x 10-635 x 10-6
    Emas14 x 10-642 x 10-6
    Aluminium 25 x 10-675 x 10-6
    Timah 29 x 10-687 x 10-6
    Beton≈12 x 10-6≈36 x 10-6
    Kuarsa0,4 x 10-61 x 10-6
    Raksa180 x 10-6
    Bensin950 x 10-6
    Air210 x 10-6
    Udara (STP)3400 x 10-6

    Contoh Kasus :

    Sebuah jembatan disusun dari beberapa alas baja dengan panjang 10 m pada suhu 20oC. Berapakah jarak minimum antara baja jika perbedaan suhu pada malam hari adalah 15oC dan siang hari 33oC!