Pengertian Pemuaian Zat dan Jenis-jenisnya serta Akibat yang ditimbulkan

                                       Pemuaian Zat
  
   Pemuaian zat adalah peristiwa perubahan geometri dari suatu benda karena pengaruh panas (kalor). Perubahan geometri ini bisa meliputi bertambahnya panjang, lebar, maupun volume. Pemuaian biasanya diiringi dengan kenaikan suhu zat. Sobat mungkin pernah melihat rel kereta yang bengkok, itu adalah contoh peristiwa pemuaian (yang merugikan). Selain contoh pemuaian yang merugikan, masih banyak contoh pemuaian yang menguntungkan. Misalnya saja pemuaian cairan merkuri pada termometer. Selain termometer, masih ada contoh sederhana yang bisa kita lihat dari pemuaian bimetal. Pemuaian bimetal ini banyak digunakan di alat-alat listrik seperti setrika dan sekring yang prinsipnya sebagai safety tool dari kebakaran maupun korsleting

1. Pemuaian Zat Padat

Alat yang digunakan untuk menyelidiki pemuaian zat padat disebut muschen broek. Dalam eksperimen yang dilakukan menunjukkan bahwa hampir semua benda padat apabila dipanaskan mengalami perubahan panjang, luas dan volume. 

A. Muai panjang

 Muai panjang adalah bertambahnya ukuran panjang suatu benda karena menerima kalor. Pada pemuaian panjang nilai lebar dan tebal sangat kecil dibandingkan dengan nilai panjang benda tersebut. Sehingga lebar dan tebal dianggap tidak ada. Contoh benda yang hanya mengalami pemuaian panjang saja 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. Berikut beberapa koefisien muai panjang benda padat.

Koefisien muai panjang berbagai jenis zat padat
No.	Jenis zat	Koefisin muai panjang ( /°C )
1.	Aluminium	0,000024/°C
2.	Perunggu	0,000019/°C
3.	Baja	0,000011/°C
4.	Tembaga	0,000017/°C
5.	Kaca	0,000009/°C
6.	Pirek	0,000003/°C
7.	Berlian	0,000001/°C
8.	Grafit	0,000008/°C

Secara matematis persamaan yang digunakan untuk menentukan pertambahan panjang benda setelah dipanaskan pada suhu tertentu adalah

L = Lo { 1 + α ( t2 – t1 ) }

Keterangan
L     = panjang setelah pemanasan atau pendinginan (m) atau (cm)
L o  = panjang awal (m) atau (cm)
α     = koefisien muai panjang ( /°C )
t1    = suhu mula-mula ( °C )
t2    = suhu akhir ( °C )

Contoh Soal:

Panjang sebatang alumunium pada suhu 0° C adalah 100 cm. Berapa panjang pada suhu 100° C, bila angka koefisien muai panjangnya 0,000024/° C ?

Pembahasan : Diketahui  :  L0= 100 cm t1 = 0°C t2 = 100°C α  = 0,000024/°C Ditanya : L

Jawab :  L = Lo { 1 + α ( t2 – t1 ) } L = 100 { 1 + 0,000024 (100 - 0)    =100{ 1 + 0,000024 x 100}    = 100 {1,0024)    = 100,24 Jadi, panjang sebatang alumunium = 100,24 cm

B. Muai luas

     Muai luas adalah 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 tidak ada. Contoh benda yang mempunyai pemuaian luas adalah lempeng besi yang lebar sekali dan tipis.

Seperti halnya pada pemuian luas faktor yang mempengaruhi pemuaian luas adalah luas awal, koefisien muai luas, dan perubahan suhu. Karena sebenarnya pemuaian luas itu merupakan pemuian panjang yang ditinjau dari dua dimensi maka koefisien muai luas besarnya sama dengan 2 kali koefisien muai panjang.   Untuk menentukan pertambahan luas dan volume akhir digunakan persamaan sebagai berikut :

A = Ao { 1 + β ( t2 – t1 ) }

Keterangan

A   = luas setelah pemanasan atau pendinginan (m2) atau (cm2)

Ao = luas awal (m²) atau (cm²)

β    = koefisien muai luas ( /°C )

t1  = suhu mula-mula ( °C )

t2  = suhu akhir ( °C )

Catatan:

β = 2α 

Contoh Soal :

Suatu plat aluminium berbentuk persegi dengan panjang sisi 20 cm pada suhu 25°C. Koefisien muai panjang aluminium 0,000024/°C. Tentukan pertambahan luas plat tersebut jika dipanasi hingga suhu 125°C !

Pembahasan : Diketahui  :  A0= 20 x 20 =400 cm² t1 = 25°C t2 = 125°C β = 2 α  =2 x 0,000024/°C               = 0,000048 Ditanya : A

Jawab :  A = Ao { 1 + β ( t2 – t1 ) } A = 400 { 1 + 0,000048 (125 - 25)    = 400{ 1 + 0,000048 x 100}    = 400 {1,0048)    = 101,92 Jadi, luas plat alumunium = 101,92 cm

C. Muai volume

  Muai volume adalah 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 adalah kubus, air dan udara. Volume merupakan bentuk lain dari panjang dalam 3 dimensi karena itu untuk menentukan koefisien muai volume sama dengan 3 kali koefisien muai panjang. 

Persamaan yang digunakan untuk menentukan pertambahan volume dan volume akhir suatu benda tidak jauh beda pada perumusan sebelum. Hanya saja beda pada lambangnya saja. Perumusannya adalah

V = Vo { 1 + γ ( t2 – t1 ) }

Keterangan

V   = volume setelah pemanasan atau pendinginan (m³) atau (cm³)

Vo = volume awal (m³) atau (cm³)

γ    = koefisien muai volume ( /°C)

t1  = suhu mula-mula (°C)

t2  = suhu akhir (°C)

Catatan

γ = 3α

Contoh Soal :

Sebuah bola tembaga pada suhu 15°C volumenya 1 m³. Berapakah volume tembaga itu pada suhu 100°C ? Koefisien muai ruang tembaga = 0,000017 /°C.

Pembahasan : Diketahui  :  V0 = 1 m³ t1  = 15°C t2  = 100°C γ   = 3α      = 3 x 0,000017                      = 0,000051/°C Ditanya : V

Jawab :  V = Vo { 1 + γ ( t2 – t1 ) } V = 1 { 1 + 0,000051 (100 - 15)    =  1 { 1 + 0,000051 x 85 }    =  1 {1,004335)    = 1, 004335 Jadi, ruang tembaga setelah memuai = 1,004335 m³

2. Pemuaian Zat Cair

  Alat yang digunakan untuk menyelidiki pemuaian zat cair disebut labu didih. Sifat utama zat cair adalah menyesuaikan dengan bentuk wadahnya. Oleh karena itu zat cair hanya memiliki muai volume saja. Secara matematis rumus pemuaian zat cair sebagai berikut

V2 = V1( 1 + γ x Δt)

Keterangan

V2  = volume setelah pemanasan atau pendinginan (m³) atau (cm³)

V1  = volume awal (m³) atau (cm³)

γ    = koefisien muai volume ( /°C)

t1   = suhu mula-mula (°C)

t2   = suhu akhir (°C)

Δt  = t2 - t1

Berikut beberapa koefisien muai volume zat cair.

Koefisien muai volume zat cair
No.	Jenis zat	Koefisin muai volume ( /°C )
1.	Air raksa	0,00018/°C
2.	Aseton	0,00150/°C
3.	Air	0,00021/°C
4.	Bensin	0,00095/°C

Contoh Soal
Roni memanasi air sebanyak 10 liter dari suhu 10°C menjadi 60°C. Jika koefisien muai ruang air 0,00021/°C, hitung volume air setelah dipanaskan !

Pembahasan : Diketahui  :  V1 = 10 liter t1  = 10°C t2  = 60°C Δt = t2 - t1       = 60 - 50 = 10 γ = 0,00021/°C Ditanya : V2

Jawab :  V2 = V1( 1 + γ x Δt)      = 10 ( 1 + 0,00021 x 50 )      = 10 ( 1 + 0,0045 )      = 10 x 1,045      = 10, 45 Jadi, volume air setelah dipanaskan = 10,45 liter

3. Pemuaian Zat Gas

  Alat yang digunakan untuk menyelidiki pemuaian gas disebut dilatometer. Salah satu perbedaan antara zat gas dengan zat padat dan cair adalah volume zat gas dapat diubah-ubah dengan mudah. Misal, sebuah tabung gas elpiji. Di dalam tabung gas tentu akan mengadakan tekanan pada dinding tabung. Tekanan ini disebabkan oleh gerakan partikel gas. Gas akan mengalami pemuaian apabila dipanaskan. Peristiwa pemuaian pada zat gas mudah diamati daripada pemuaian pada zat padat. Pemuaian pada zat gas ditunjukkan oleh gelembung-gelembung udara yang keluar dari dalam pipa kapiler yang ada pada labu didih.

Hukum yang menjelaskan tentang pemuaian zat gas

a. Hukum Gay Lussac

PV = nRT

P  =  tekanan (atm)

V  =  volume (L)

n  =   mol zat

R  =  0,0082
T  =  suhu (⁰K),  x⁰C  =  (x + 273)⁰K

  hukum Gay Lussac menyatakan bahwa pada tekanan tetap volume gas sebanding dengan suhu gas mutlak tersebut sehingga

V/T = nR/T = tetap

karena perbandingan volme dan suhu tetap, maka perbandingan volume dan susu sebelum dan sesudah pemuaian juga akan tetap. Sehingga persamaannya menjadi

Vo      V1
—- = —-    –> pemuaian gas pada tekanan tetap (Isobar)
T1       T2
dengan T = suhu dalam satuan kelvin

b. Hukum Boyle

  hukum boyle menyatakan bahwa pada batas-batas tertentu suhu rendah yang berlaku bahwa hasil perkalian antara tekanan dan volume selalu tetap. Secara matematis rumusnya

PV = nRT = tetap

karena perkalian tekanan dan volume selalu tetap, maka perkalian volume dan volume sebelum dan sesudah pemuaian juga tetap. jadi persamaan rumusnya

P1.V1 =P2.V2 –> pemuaian gas pada suhu tetap (isotermal)

c. Hukum Boyle-Gay Lussac

  Sesuai namanya hukum ini merupakan perpaduan antara hukum boyle dengan hukum lussac. Hukum ini menyatakan bahwa dalam pemuaian zat gas perkalian volume dengan tekanan dibagi suhu selalu tetap.

P1.V.1              P2.V2
——–     =   ———- = tetap
   T1                      T2

Tiga hal yang perlu diperhatikan pada zat gas adalah volume, tekanan dan suhu.

A. Untuk volume terhadap perubahan suhu pada tekanan tetap

V = Vo { 1 +  γp ( t2 – t1 ) }

Keterangan :

V = volume gas pada suhu t ( m³ )

Vo = volume gas mula-mula ( m³ )

γp = koefisien muai gas pada tekanan tetap ( /°C)

t1 = suhu mula-mula ( °C )

t2 = suhu akhir ( °C )

B. Tekanan terhadap perubahan suhu pada volume tetap

P = Po { 1 + γv ( t2 – t1 ) }

Keterangan :

P = tekanan gas pada suhu t ( m³ )

Po= tekanan gas mula-mula ( m³ )

γv = koefisien muai gas pada volume tetap ( /°C)

t1 = suhu mula-mula ( °C )

t2 = suhu akhir ( °C )

C. Muai volume gas

V = Vo ( 1 + t/273 )

  Dari hasil eksperimen yang dilakukan ternyata koefisien muai untuk semua jenis gas adalah sama yaitu 1/273 /K atau 0,00367 /K.

Contoh Pemuaian

Jenis Pemuaian Zat	Contoh Pemuaian Zat
Pemuaian Zat padat	1.  Rel Kereta Api yang bengkok karena panas 2.  Kabel listrik/telepon yang lebih kendur ketika siang hari 3.  Bimetal pada alat-alat listrik seperti pada setrika yang akan mati sendiri ketika sudah terlalu panas. 4.  Pemuaian pada kaca rumah. 5.  Mengeling Pelat Logam Umumnya dilakukan pada pembuatan container dan badan kapal besar. 6.  Pemasangan Ban Baja pada Roda Lokomotif Dilakukan dengan cara memanaskan ban baja hingga memuai kemudian dipasangkan pada poros  roda,setelah dingin akan menyusut dan mengikat kuat.
Pemuaian Zat Cair	1.  Termometer Memanfaatkan pemuaian zat cair (raksa atau alkohol) pada tabung thermometer. 2.  Air dalam panci akan meluap ketika dipanaskan. (selain dipengaruhi oleh konveksi kalor peristiwa ini juga dipengaruhi oleh pemuaian air)
Pemuaian (zat) Gas	1.  Balon yang meletus terkena panas. 2.  Roda kendaraan yang meletus terkena panas

Sebenarnya masih banyak lagi contoh pemuaian zat  di kehidupan kita. Sobat bisa coba mengamatinya sendiri.

Manfaat dan Kerugian Pemuaian Zat

  Benar kata pepatah semua itu ada baik dan buruknya termasuk juga pemuaian. Beberapa pemuaian zat yang tidak terkendali bisa menjadi sesuatu yang merugikan seperti rel kereta yang bengkok atau ban kendaraan yang pecah tiba-tiba karena terlalu panas. Ini bisa menyebabkan kecelakann yang fatal. Yang paling penting adalah kita mengatisipasinya sebaik mungkin seperti membuat jarak antar rel atau membuat ban dari bahan yang tidak mudah memuai. Selain merugikan masih banyak juga manfaat dari pemuaian zat sepeti pemuaian bimetal yang digunakan untuk pengamanan alat-alat listrik dari kebakaran atau korsletting dan juga pemakaian listrik berlebih. Okey sekian dulu pemuaian zatnya, semoga bermanfaat.