Pengertian Pemuaian

Pada umumnya setiap benda baik itu berupa padat, cair atau gas jika dipanaskan akan mengalami penambahan ukuran panjang, luas ataupun volumenya. Penambahan ukuran benda karena penambahan suhu sering disebut sebagai pemuaian benda. Besarnya pemuaian benda sangat bergantung pada :

a.            Ukuran benda semula

b.           Kenaikan suhu

c.            Jenis benda

A. Pemuaian Zat Padat, Cair dan Gas

1.      Pemuaian Zat Padat

Muai Panjang

Pernahkah kalian mengamati kabel jaringan listrik pada pagi hari dan pada siang hari ? kabel jaringan akan tampak kencang pada pagi hari dan tampak kendor pada siang hari. Kabel tampak kendor karena panjang logam penyusun kabel bertambah panjang akibat terkena panas sinar matahari. Dengan demikian  dapat dikatakan bahwa  kabel mengalami pemuaian karena terkena panas sinar matahari.

Pemuaian panjang tiap zat padat berbeda-beda tergantung pada sifat termal zat padat tersebut. untuk menyelidiki muai panjang suatu zat padat lakukanlah percobaan berikut ini !

Kegiatan 2.1

Tujuan :Menyelidiki muai panjang zat padat menggunakanMuschenbroek

1.      Sediakan Muschenbroek lengkap dengan pembakar bunsennya.

2.      Catatlah jenis logam yang akan diamati.

3.      Nyalakan pembakar Bunsen dan aturlah supaya semua batang logam mendapat panas yang merata.

4.      Setelah satu menit, amatilah jarum penenjuk yang didorong oleh setiap jenis logam.

5.      Samakah panjang pemuaian setiap logam ?

6.      Tulislah hasil pengamatanmu, logam manakah yang menunjukkan pemuaian paling besar ?

Pada kegiatan 2.1 dapat kita amati bahwa panjang logam akan bertambah panjang setelah logam dipanaskan. Pertambahan panjang logam itu kemudian dinyatakan dengan ∆L. Besarnya panjang logam setelah dipanaskan sebesar 

Besarnya panjang zat padat untuk setiap kenaikan 1⁰ C pada zat sepanjang 1m disebut koefisien muai panjang (α).

Hubungan antara panjang benda, suhu, dan koefisien muai panjang dinyatakan dengan persamaan

Dengan,

L            : Panjang akhir  (m)

L₀           : Panjang mula-mula  (m)

α            : Koefisien muai panjang (⁰ C/m)

Δt           : kenaikan suhu  (m)

Muai luas

Jika yang dipanaskanadalah suatu lempeng  atau plat tipis maka plat tersebut akan mengalami pemuaian pada panjang dan lebarnya. Dengan demikian  lempeng akan mengalami pemuaian luas atau pemuaian bidang

Pertambahan luas zat padat untuk setiap kenaikan 1⁰ C pada zat seluas 1m²disebut koevisien muai luas (β). Besarnya β dapat dinyatakan dalam

Hubungan antara luas benda, suhu, dan koefisien muai luas suatu zat adalah

Dengan

A         : luas akhir (m² )

A₀        : luas mula-mula (m₂ )

β          : koefisien muai luas zat ( ⁰ C/m² )

Δt        : kenaikan suhu ( ⁰ C)

Pemuaian luas dapat kita amati pada jendela kaca rumah, pada saat udara dingin kaca menyusut karena koefisien muai kaca lebih besar dari pada koefisien muai kayu. Dan jika suhu memanas maka kaca akan memuai lebih besar dari pada kayu kusen sehingga kaca akan terlihat terpasang dengan sangat rapat pada kusen kayu.

Muai volume

Jika suatu balok mula-mula memiliki panjang P₀ , lebar L₀ , dan tinggi h₀  dipanaskan hingga suhunya bertambah ΔT, maka berdasarkan pada pemikiran muai panjang dan luas diperoleh harga volume balok tersebut sebesar:

dimana

dengan

V         : volume akhir (m³ )

V₀        : volume mula-mula (m³ )

γ          : koefisien muai volume (⁰ C/m³ )

Δt : kenaikan suhu (⁰ C)

1.      Pemuaian Zat Cair

Pada zat cair kita tidak mengenal muai panjang ataupun muai luas, tetapi hanya dikenal muai ruang atau muai volume saja. Semakin tinggi suhu yang diberikan pada zat cair itu maka semakin besar muai volumenya. Pemuaian zat cair untuk masing-masing jenis zat cair berbeda-bedaakibatnya walaupun mula-mula volume zat cair sama tetapi setelah dipanaskan volumenya menjadi berbeda-beda. Pemuaian volume zat cair terkait dengan pemuaian tekanan karena peningkatan suhu. Titik pertemuan antara wujud cair, padat dan gas disebut titik tripel.

Khusus untuk air pada kenaikan suhu dari 0⁰ C sampai 4⁰ C volumennya tidak bertambah akan tetapi justru menyusut, pengecualian ini disebut dengan anomali airsehingga pada suhu 4⁰ C air mempunyai volume terendah. Hubungan suhu dan volume air dapat digambarkan pada grafik di bawah ini

Pada suhu 4 °C air menenpati posisi terkecil sehingga pada suhu itu air memilikimassa jenis terbesar.  Jadi air bila suhunya dinaikkan dari 0 °C – 4 °C akan menyusut, dan bila suhunya dinaikkan dari 4 °C ke atas akan memuai. Biasanya pada setiap benda bila suhunya bertambah pasti mengalami pemuaian. Peristiwa yang terjadi pada air itu disebut anomali air. Hal senada juga terjadi pada bismuth pada suhu-suhu yang berbeda.

2.   Pemuaian Gas

Sama halnya dengan zat cair dalam gas kita tidak mengenal pemuaian panjanh ataupun pemuaian luas. Gas akan mengalami pemuaian volume jika suhunya dinaikkan dan akan mengalami penyusutan jika suhunya diturunkan. Dari hasil percobaan didapatkan harga koefisien muai ruang yang sama untuk semua jenis gas yaitu sebesar
   g=1/273 °C^-1

Sehingga volume akhir gas  pada tekanan tetap adalah sebagai berikut.

Pemuaian tekanan akhir gas pada volume tetap adalah sebagai berikut.

p = p₀ (1+ 1/273 Δt)

Pemuaian gas dalam ruang tertutup dapat dibahas dengan menggunakan hukum Boyle –Gay Lussac sebegai berikut.

Persamaan gas ideal

Jadi      

                                 

Dimana T adalah suhu mutlak Kelvin dan R adalah konstanta gas umum = 8314 joule/Kilomol. K atau 0,082 atm L/mol K

B. Pemuaian Zat Pada Kehidupan Sehari-hari

1.                  Pemasangan kaca jendela

Dalam pemasangan kaca jendela perlu diperhatikan ruang muai bagi kaca sebab koefisien muai kaca lebih besar daripada koefisien muai kayu tempat kaca tersebut dipasang.

2.      Pemasangan sambungan rel kereta api

Penyambungan rel kereta api harus menyediakan celah antara satu batang rel dengan batang rel lain. Jika suhu meningkat, maka batang rel akan memuai hingga akan bertambah panjang. Dengan diberikannya ruang muai antar rel maka tidak akan terjadi desakan antar rel yang akan mengakibatkan rel menjadi bengkok.

3.      Pemasangan bingkai besi pada roda pedati

Pada keadaan normal bingkai roda pedati dibuat sedikit lebih kecil daripada tempatnya sehingga tidak dimungkinkan untuk dipasang secara langsung pada tempatnya. Untuk memasang bingkai tersebut terlebih dahulu besi harus dipanaskan hingga memuai dan ukurannya pun akan menjadi lebih besar daripada tempatnya sehingga memudahkan untuk dilakukan pemasangan bingkai tersebut. ketika suhu mendingin, ukuran bingkai kembali mengecil dan terpasang kuat pada tempatnya.

4.      Pemasangan jaringan listrik dan telepon

Pada pemasangan kabel jaringan listrik atau telepon maka kabel harus dipasang dengan kendur  dari tiang satu ke tiang lainnya sehingga saat udara dingin pannjang kabel akan sedikit berkurang dan mengencang. Jika kabel tidak dipasang kendur maka saat terjadi peyusutan kabel akan terputus.

5.      Keping bimetal

Keping bimetal adalah dua buah keping logam yang memiliki koefisien muai panjang berbeda yang dikeling menjadi satu. Keping bimetal sangat peka terhadap perubahan suhu. Pada suhu normal panjang keping bimetal akan sama dan kedua keping dam posisi lurus. Jika suhu naik kedia keping akan mengalami pemuaian dengan pertambahan panjang yang berbeda. Akibatnya keping bimetal akan membengkok ke arah logam yang mempunyai koefisien muai panjang yang kecil. Keping bimetal dapat dimanfaatkan dalam berbagai keperluan misalnya pada termometer bimetal, termostat bimetal pada setrika listrik, saklar alarm bimetal, sekring listrik bimetal.

Pemanfaatan pemuaian zat yang tidak sama koefisien muainya  dapat berguna bagi industri otomotif misalnya pada bimetal yang dipasang sebagai saklar otomatis, pada lampu reting kendaraan dan lain-lain.

gambar-gambar tentang pemuaian: