PEMUAIAN

💡 Pertanyaan Pemantik:

"Pernahkah kamu melihat gelas kaca retak saat dituangi air panas?"

Hal itu terjadi karena pemuaian yang tidak merata. Kaca adalah penghantar panas yang kurang baik, sehingga panas dari air tidak langsung menyebar ke seluruh bagian gelas. Bagian dalam gelas yang terkena air panas memuai lebih cepat daripada bagian luarnya. Perbedaan ini membuat gelas retak.

📌 Konsep Dasar:

Pemuaian disebabkan karena perubahan suhu. Zat tersusun dari partikel-partikel kecil. Saat suhu naik, partikel-partikel itu bergerak lebih cepat dan saling menjauh, sehingga zat memuai atau bertambah ukurannya.

A. Pemuaian pada Zat Padat

Zat padat tersusun dari partikel-partikel yang saling berdekatan. Saat suhu naik, partikel-partikel tersebut bergerak lebih cepat dan saling menjauh, sehingga ukuran zat padat bertambah.

Ciri-ciri Pemuaian pada Zat Padat:

• Terjadi saat suhu naik
• Bentuk zat tetap, tapi ukurannya bertambah
• Pemuaian bisa terjadi pada panjang, luas, atau volume

Sehingga pemuaian pada zat padat dapat dikategorikan menjadi 3 yaitu: pemuaian panjang, pemuaian luas, dan pemuaian volume.

1. Pemuaian Panjang

→ Terjadi pada benda berbentuk panjang, seperti kawat atau batang logam.

Rumus Pemuaian Panjang:

Pertambahan panjang:

Panjang akhir:

Keterangan:

• ∆L = pertambahan panjang (m)
• α = koefisien muai panjang (/°C)
• L_o = panjang mula-mula (m)
• ∆T = perubahan suhu (°C)
• L_t = panjang akhir (m)

Konsep Penting:

• Koefisien muai panjang adalah pertambahan panjang setiap satuan panjang ketika suhunya dinaikkan sebesar 1°C.
• Musschenbroek merupakan nama alat yang digunakan untuk menyelidiki muai panjang pada suatu zat padat.

📝 Latihan Soal:

Sebuah kawat terbuat dari aluminium (α = 2,4 × 10⁻⁵/°C) pada suhu 25°C panjangnya 20 cm. Jika kawat tersebut dipanaskan hingga suhunya 75°C, tentukan:

1. Pertambahan panjang kawat
2. Panjang kawat tersebut pada suhu 75°C

2. Pemuaian Luas

→ Terjadi pada benda berbentuk lempeng atau pelat, seperti tutup panci.

Rumus Pemuaian Luas:

Pertambahan luas:

Luas akhir:

Nilai β = 2α

Keterangan:

• ∆A = pertambahan luas (m²)
• β = koefisien muai luas (/°C)
• A_o = luas mula-mula (m²)
• ∆T = perubahan suhu (°C)
• A_t = luas akhir (m²)

📝 Latihan Soal:

Sebuah pelat besi (α = 1,2 × 10⁻⁵/°C) pada suhu 25°C memiliki luas 50 m². Jika plat besi dipanaskan hingga suhunya 65°C, tentukan:

1. Pertambahan luas plat besi
2. Luas plat besi setelah dipanaskan

3. Pemuaian Volume

→ Terjadi pada benda berbentuk ruang, seperti balok logam atau bola logam.

Rumus Pemuaian Volume:

Pertambahan volume:

Volume akhir:

Nilai γ = 3α

Keterangan:

• ∆V = pertambahan volume (m³)
• γ = koefisien muai ruang (/°C)
• V_o = volume mula-mula (m³)
• ∆T = perubahan suhu (°C)
• V_t = volume akhir (m³)

📝 Latihan Soal:

Sebuah kubus pejal terbuat dari baja (α = 1,1 × 10⁻⁵/°C), pada suhu 25°C memiliki volume 100 m³. Jika kubus tersebut dipanaskan hingga suhunya 50°C, tentukan:

1. Pertambahan volume kubus
2. Volume kubus setelah dipanaskan

B. Pemuaian pada Zat Cair

Pemuaian pada zat cair terjadi dalam bentuk penambahan volume saja. Saat zat cair dipanaskan, volumenya akan bertambah.

⚠️ Anomali Air:

Air memiliki pengecualian khusus karena mengalami anomali pemuaian. Pada rentang suhu 0°C hingga 4°C, air justru menyusut, bukan memuai seperti zat cair lainnya. Volume air mencapai titik terendahnya pada suhu 4°C. Setelah melewati suhu tersebut, barulah air kembali memuai secara normal.

Alat dan Ciri-ciri:

• Alat yang digunakan untuk menyelidiki pemuaian zat cair adalah labu didih.
• Hanya terjadi pemuaian volume (tidak ada pemuaian panjang atau luas).
• Pemuaian zat cair lebih besar daripada zat padat untuk kenaikan suhu yang sama.
• Setiap zat cair memiliki tingkat pemuaian berbeda, tergantung jenisnya (disebut koefisien muai volume).

Rumus Pemuaian Volume Zat Cair:

Tabel Koefisien Muai Volume Zat Cair:

Zat	γ (/°C)
Air raksa	1,8 × 10⁻⁴
Air	2,1 × 10⁻⁴
Bensin	9,5 × 10⁻⁴
Alkohol	1,2 × 10⁻³
Aseton	1,5 × 10⁻³

📝 Latihan Soal:

Sebuah panci yang terbuat dari aluminium (α = 1,2 × 10⁻⁵/°C) berisi air (γ = 2,1 × 10⁻⁴ /°C) penuh dengan volume 5 liter. Panci berisi air tersebut dipanaskan hingga mengalami perubahan suhu sebesar 60°C. Tentukanlah volume air yang tumpah dari panci tersebut!

C. Pemuaian pada Zat Gas

Gas memuai ketika suhu dinaikkan. Saat gas dipanaskan, partikel-partikelnya bergerak lebih cepat dan saling menjauh, sehingga volume gas bertambah.

Alat dan Ciri-ciri:

• Alat yang digunakan untuk menyelidiki pemuaian gas yaitu dilatometer.
• Hanya terjadi pemuaian volume (tidak ada pemuaian panjang atau luas).
• Pemuaian gas lebih besar dibandingkan zat padat dan cair.
• Semua jenis gas memiliki koefisien muai volume yang hampir sama, yaitu ¹/₂₇₃ °C atau 0,003663/°C.

Rumus Pemuaian Volume Gas:

📝 Latihan Soal:

Suatu gas volumenya 3 m³, tekanannya 1 atm pada suhu 0°C. Gas tersebut dipanaskan pada tekanan tetap, sehingga suhunya menjadi 91°C. Tentukan:

1. Pertambahan volume gas
2. Volume gas setelah dipanaskan pada suhu 91°C

D. Hubungan Pemuaian Gas terhadap Suhu, Tekanan, dan Volume

Memperhatikan variabel suhu, tekanan, dan volume, pemuaian pada gas dapat dikategorikan menjadi 3 macam:

1. Pemuaian Gas pada Suhu Tetap (Isotermik) - Hukum Boyle

"Gas dalam ruang tertutup yang suhunya dijaga tetap, hasil kali tekanan dan volumenya tetap."

2. Pemuaian Gas pada Tekanan Tetap (Isobarik) - Hukum Gay Lussac

"Gas di dalam ruang tertutup dengan tekanan dijaga tetap, volume gas sebanding dengan suhu mutlak gas."

Keterangan: Suhu (T) dalam Kelvin

3. Pemuaian Gas pada Volume Tetap (Isokhorik) - Hukum Boyle-Gay Lussac

"Jika volume gas di dalam ruang tertutup dijaga tetap, tekanan gas sebanding dengan suhu mutlaknya."

Rumus Gabungan Boyle-Gay Lussac:

E. Contoh Pemanfaatan Pemuaian dalam Kehidupan Sehari-hari

🚂 Pemasangan Sambungan Rel Kereta Api

Pada penyambungan rel kereta api disediakan celah antara satu batang rel dengan batang rel lainnya. Celah tersebut berfungsi memberi ruang batang rel ketika terjadi pertambahan panjang pada siang hari yang terik. Sehingga desakan antar batang rel dapat dihindari. Desakan antar batang rel karena pemuaian bisa menyebabkan jalur rel kereta api melengkung.

🔌 Pemasangan Kabel Listrik dan Telepon

Kabel listrik atau telepon dipasang kendur antara satu tiang ke tiang lainnya. Pemasangan kabel tersebut bertujuan untuk menghindari kabel putus saat terjadi penyusutan pada malam hari atau saat suhu lingkungan rendah.

⚙️ Bimetal

Bimetal adalah dua keping logam yang dikeling (dijadikan satu) dengan koefisien muai panjang berbeda. Ketika bimetal dipanaskan atau didinginkan, bimetal akan melengkung karena pertambahan panjang yang berbeda.

Bimetal dimanfaatkan sebagai termostat atau saklar otomatis untuk mengatur suhu. Contoh alat yang memanfaatkan bimetal diantaranya setrika, rice cooker, bel listrik, dan alarm kebakaran.

Contoh Lain Pemanfaatan Pemuaian:

• Pemasangan kaca jendela (diberi celah)
• Pengelingan (pemasangan paku keling)
• Pemasangan bingkai besi pada roda pedati

SOAL LATIHAN

Pilihlah satu jawaban berikut ini yang paling tepat!

Link : Lembar Jawab

Ketika seorang siswa menuangkan air panas ke dalam gelas kaca, sesaat kemudian gelas tersebut retak dan pecah. Pecahnya gelas tersebut dikarenakan .... koefisien muai kaca sebagai bahan gelas sangat kecil sehingga mudah pecah koefisien mua kaca sangat besar sehingga gelas cepat memuai sehingga pecah koefisien muai ruang air lebih besar daripada koefisien muai ruang gelas sehingga gelas pecah bagian sisi dalam gelas kaca memuai terlebih dahulu dibandingkan bagian sisi luarnya

Pernyataan berikut yang menunjukkan bahwa pemuaian zat cair lebih besar dibandingkan dari pemuian zat padat adalah .... Air yang dipanaskan secara terus menerus dapat tumpah dari wadahnya Zat cair dapat membeku dan mencair Air jika dipanaskan dari suhu 0°C hingga 4°C volumenya akan menyusut Titik didih air turun ketika dilakukan pada tempat yang memiliki tekanan udara lebih rendah

Sebuah besi panjang mula-mula 20 cm, dipanaskan dari suhu 0°C sampai 100°C. Panjang akhir batang besi 20,024 cm. Koefesien muai panjang besi adalah …. 0,0012/°C 0,00012/°C 0,000012/°C 0,0000012/°C

Bola logam R dan cincin logam S pada gambar berikut pada suhu sama memiliki diameter yang sama. Ketika kedua logam dipanasakan hingga suhu keduanya sama, ternyata logam R tidak dapat masuk ke dalam cincin S. Berdasarkan data koefesien muai panjang logam berikut: Logam α(/℃) Kuningan 2,4 . 10¯⁵ Besi 1,2 . 10¯⁵ Baja 1,1 . 10¯⁵ Aluminium 2,7 . 10¯⁵ Bahan yang benar untuk bola R dan cincin S adalah .... besi dan kuningan baja dan kuningan kuningan dan aluminium besi dan baja

Gambar berikut menunjukkan panjang beberapa logam sebelum dipanaskan dan sesudah dipanaskan. Berdasarkan tabel pemuaian logam berikut, 1-2-3-4 adalah .... Logam α(/℃) Tembaga 1,7 . 10¯⁵ Aluminium 2,7 . 10¯⁵ Besi 1,2 . 10¯⁵ Nikelin 1,5 . 10¯⁵ tembaga, aluminium, besi, nikelin nikelin, aluminium, tembaga, besi besi, tembaga, nikelin, aluminium besi, aluminium, nikelin, tembaga

Perhatikan gambar berikut! Logam α(/℃) baja 1,1 . 10¯⁵ tembaga 1,7 . 10¯⁵ Aluminium 2,4 . 10¯⁵ Berdasarkan ilustrasi percobaan dan data koefisien muai panjang logam, yang menunjukkan batang baja, tembaga, dan aluminium yang benar secara berurutan adalah .... P, Q, R Q, P, R Q, R, P R, Q, P

Lempengan logam dari bahan tembaga (α = 1,7 × 10¯⁵ /°C) mempunyai luas 1 m² pada suhu 27°C. Jika logam tersebut dibakar dalam tungku hingga suhunya 177°C, maka luas logam saat mencapai suhu tersebut adalah …. 1,00510 m² 1,00255 m² 1,0510 m² 1,0255 m²

Volume kaca mula-mula 200 cm³. Jika kaca dipanaskan dari suhu 20°C sampai 70°C dan koefisien muai panjang kaca 0,000009/°C maka volume akhir kaca adalah …. 200,09 cm³ 200,18 cm³ 200,27 cm³ 200,90 cm³

Sebuah balok logam dengan koefisien muai panjang 0,000025/°C saat suhunya 68 °F dengan ukuran seperti pada gambar berikut ini : Balok logam tersebut dipanaskan sehingga suhunya menjadi 248°F. Maka besar volume balok tersebut menjadi ... cm³. 10075 10007,5 10000,75 100000,075

Pada suhu 25°C sebuah wadah terbuat dari kaca berisi penuh cairan aseton yang volumenya 500 cm³. Jika koefisien muai panjang kaca dan koefisien muai volume aseton secara berturut-turut adalah 0,000009/°C dan 0,0015/°C, volume cairan yang tumpah pada suhu 75°C adalah .... 36,825 cm³ 37,325 cm³ 37,500 cm³ 38,275 cm³

Suatu gas volumenya 14 m³, tekanannya 1 atm pada suhu 0°C. Gas tersebut dipanaskan pada tekanan tetap, sehingga suhunya menjadi 39°C. Volume gas pada suhu tersebut adalah .... 14,2 m³ 15 m³ 16 m³ 18 m³

Gas dalam ruang tertutup sebanyak 10 L, suhunya diubah menjadi dua kali semula pada tekanan yang sama. Volume akhir gas menjadi .... 5 L 15 L 20 L 30 L

Sejumlah gas dalam ruang tertutup pada saat volumenya 10 cm³, tekanannya 2 atm. Jika gas ditekan secara perlahan-lahan sehingga tekanannya menjadi 2,5 atm tanpa mengalami perubahan suhu maka volumenya menjadi .... 6 cm³ 8 cm³ 10 cm³ 12 cm³

Gas dalam ruang tertutup dengan tekanan 2 atm bersuhu 27°C. Jika suhunya dinaikan menjadi 177°C dalam volume tetap, tentukan tekanan gas tersebut! 2,5 atm 3 atm 4 atm 4,5 atm

Perhatikan bimetal berikut! Pernyataan yang benar berkaitan gambar di atas adalah .... Koefisien muai panjang logam 1 lebih besar dari koefisien muai panjang benda 2 Koefisien muai panjang logam 2 lebih besar dari koefisien muai panjang benda 1 Koefisien muai panjang logam 1 sama besar dengan koefisien muai panjang benda 2 Koefisien muai panjang logam 1 dan logam 2 tidak dapat ditentukan nilainya mana yang lebih besar atau lebih kecil