Apakah Anda sedang mendapatkan pelajaran di sekolah tentang pemuaian? Jika iya, maka tepat sekali telah mengunjungi artikel ini.
Disini kami pendidikanfisika.com telah menuliskan penjelasan secara lengkap mengenai bab pemuaian, mulai dari pengertian pemuaian, jenis-jenis pemuaian, rumus pemuaian, dan contoh soal pemuaian untuk lebih mudah memahaminya. Silakan Anda bisa membaca di bawah ini secara lengkap dan cermat tentang pemuaian.
Pengertian Pemuaian
Pemuaian adalah fenomena perubahan bentuk benda yang bisa bertambah panjang, lebar, luas ataupun berubah volumenya akibat terkena panas (kalor). Kebalikan dari pemuaian disebut dengan penyusutan, yaitu fenomena perubahan bentuk benda yang mengalami pengurangan panjang, lebar, luas ataupun berubah volumenya akibat terkena suhu dingin.
Di sekitar kita, setiap benda memiliki besar pemuaian yang beragam. Banyak benda yang mudah memuai, dan ada juga yang tidak mudah memuai meski dipengaruhi oleh suhu yang tinggi.
Dilihat dari bentuk zatnya, pemuaian dibagi menjadi tiga macam. Apa saja jenis pemuaian tersebut?
A. Pemuaian Zat Padat
Berdasarkan partikel penyusunnya, zat padat tersusun atas partikel-partikel yang teratur dengan jarak antar partikel yang sangat dekat atau rapat.
Oleh karenanya, apabila zat padat tersebut dipanaskan atau menerima energi panas dengan suhu yang tinggi maka akan terjadi gerakan (getaran) partikel-partikel aktif yang semakin cepat sehingga memerlukan ruangan antara partikel yang lebih besar, dan pada akhirnya membuat zat padat tersebut memuai.
Ragam bentuk pemuaian zat padat, yaitu pemuaian panjang, pemuaian luas, dan juga pemuain volume.
1. Pemuaian Panjang
Pemuaian panjang suatu benda terjadi karena menerima kalor. Pada pemuain panjang ini, nilai lebar dan tebalnya juga sedikit memuai, tapi lebih dominan panjangnya. Contohnya adalah kawat kecil dan kabel listrik di tepi jalan yang bertambah panjang karena terpapar sinar matahari di siang hari.
Rumus pemuaian panjang dapat dituliskan dengan model matematika sebagai berikut.
∆L = Lo . α . ∆T
Keterangan :
∆L= Perubahan panjang (m)
Lo = Panjang awal (m)
α = Koefisien pemuaian panjang (…/°C)
∆T (T-To) = Perubahan suhu (°C)
2. Pemuaian Luas
Pemuaian luas adalah pertambahan luas suatu benda karena menerima kalor. Pemuaian luas terjadi pada suatu benda yang memiliki ukuran panjang dan lebar lebih besar daripada tebalnya.
Contohnya adalah pertambahan luas daun pintu dan kaca jendela saat terkena panas terus menerus sehingga mengharuskan memberi sedikit ruang saat memasang kusennya untuk mengantisipasi pemuaian tersebut.
Rumus pemuaian luas dapat dituliskan dengan model matematika sebagai berikut
∆A = Ao . β . ∆T
Keterangan :
∆A = Perubahan luas (m²)
Ao = Luas awal (m²)
β = 2α = Koefisien pemuaian luas (…/°C)
∆T (T-To) = Perubahan suhu (°C)
3. Pemuaian Volume
Pemuaian zat padat terakhir adalah pemuaian volume, yaitu pertambahan volume suatu benda karena menerima kalor. Pemuaian volume terjadi pada benda yang memiliki ukuran panjang, lebar dan tebal.
Contohnya adalah pemuaian kaleng minuman. Minuman di dalam kaleng tidak diisi penuh untuk mengantisipasi pemuaian atau penyusutan kaleng
Rumus pemuaian volume dapat dituliskan dengan model matematika sebagai berikut
∆V = Vo . γ . ∆T
Keterangan :
∆V = Perubahan volume (m³)
Vo = Volume awal (m³)
γ = 3α = Koefisien pemuaian volume (…/°C)
∆T (T-To) = Perubahan suhu (°C)
B. Pemuaian Zat Cair
Salah satu sifat zat cair adalah selalu mengikuti bentuk ruang yang ditempatinya. Oleh karenanya, pemuaian yang terjadi pada zat cair adalah pemuaian volumenya saja. Semakin tinggi kalor yang diterima oleh zat cair tersebut, semakin besar pula mulai volumenya.
Untuk masing-masing jenis zat cair memiliki pemuaian yang berbeda-beda. Jadi, walaupun pada awalnya volumenya sama, tapi setelah dipanaskan volumenya menjadi berbeda-beda.
Contoh pemuaian zat cair adalah alkohol dan air raksa yang biasanya digunakan di termometer suhu.
Bertambah tingginya volume alkohol maupun air raksa dalam skala termometer sebagai bentuk pemuaian volume itu karena dipengaruhi oleh kenaikan suhu.
Anomali Air
Sebagian besar zat (padat, cair & gas) akan memuai jika dipanaskan dan menyusut ketika didinginkan. Namun, ada pengecualian pada zat cair atau kondisi tersebut tidak berlaku untuk air. Air tidak selalu memuai ketika dipanaskan dan tidak selalu menyusut ketika didinginkan.
Fenomena di atas disebut sebagai anomali air. Jadi, anomali air adalah sifat pengecualian pada air yang tidak mengalami pemuaian ketika zat cair tersebut berada di antara suhu 0°C sampai 4°C, karena justru air akan menyusut jika dipanaskan.
Fenomena anomali air biasanya terjadi pada permukaan danau yang membentuk lapisan es karena suhu air semakin dingin, tapi ajaibnya, air dibawahnya tidak membeku sama sekali sehingga hewan dan tumbuhan di dalam danau masih tetap hidup.
Lapisan es di permukaan danau itu karena masa jenisnya yang lebih kecil daripada air yang memiliki suhu 1°C sampai 4°C.
Apabila tidak terjadi anomali air maka yang pertama kali membeku ketika suhu air semakin dingin adalah dasar danau, bukan pada permukaannya.
Rumus pemuaian volume zat cair dapat dituliskan dengan model matematika sebagai berikut
Besarnya mulai volume:
V = Vo (1 + γ + ∆T)
Pertambahan volume:
∆V = γ . Vo . ∆T
Keterangan :
V = Volume setelah pemanasan (m³)
∆V = Perubahan volume (m³)
Vo = Volume awal (m³)
γ = koefisien pemuaian volume (…/°C)
∆T (T-To) = Perubahan suhu (°C)
C. Pemuaian Zat Gas
Sama dengan lainnya, zat gas juga mengalami pemuaian ketika dipanaskan dan penyusutan ketika didinginkan.
Contoh pemuaian pada zat gas adalah balon yang tiba-tiba meletus saat dipanaskan di bawah sinar matahari karena udara di dalam balon tersebut terus memuai.
Rumus pemuaian volume zat gas adalah :
V = Vo . (1 + γ . ∆T)
Keterangan
V = Volume setelah dipanaskan
Vo = Volume awal
γ = Koefisien pemuaian zat gas (…/°C)
∆T (T-To) = Perubahan suhu (°C)
Pemuaian zat gas dibagi menjadi tiga macam, yaitu :
Pemuaian pada suhu tetap (Isotermal)
Hukum yang berlaku pada pemuaian Isotermal adalah hukum Boyle
P1 V1 = P2 V2
Pemuaian pada tekanan tetap (Isobarik)
Hukum yang berlaku pada pemuaian Isobarik adalah hukum Gay Lussac
V1/T1 = V2/T2
Pemuaian pada volume tetap (Isokhorik)
Hukum yang berlaku pada pemuaian Isokhorik adalah hukum Boyle – Gay Lussac
P1/T1 = P2/T2
Keterangan :
P = Tekanan
V = Volume
T = Suhu
Contoh Soal
- Panjang alumunium pada suhu 0°C adalah 4m. Koefisien muai panjang aluminium 2,35 x 10-5 °C-1. Panjang almunium pada suhu 25°C adalah…
Pembahasan
∆L = Lo . α . ∆T
L1 – Lo = Lo . α . (T1 – To)
L1 – 4m = 4m . 2,35 x 10-5 °C-1 . (25°C – 0°C)
L1 – 4m = 235 . 10-3 = 0,00235m
L1 = 0,00235m + 4m = 4,00235m
Jadi, panjang aluminium setelah dipanaskan adalah 4,00235 m
- Sebuah silinder tembaga pada suhu 20°C volumenya 1 Liter. Bila koefisien muai panjang tembaga 2 x 10-4 °C-1 maka volume silinder saat suhunya mencapai 100°C adalah…
Pembahasan
∆V = Vo . γ . ∆T
V1-1L = 1L . (3 . 2 x 10-4 °C-1) . (100°C-20°C)
V1-1L = 1L . 6 x 10-4 °C-1 . 80°C
V1-1L = 480 . 10-4 L = 0,048 L
V1 = 0,048 L + 1 L = 1,048 L
Jadi, volume silinder tembaga setelah dipanaskan adalah 1,048 Liter
- Anto sedang memanaskan air 10 Liter dari suhu 20°C menjadi 70°C. Jika koefisien muai air 0,00021/°C, maka besar volume air setelah dipanaskan adalah
Pembahasan
V = Vo . (1 + γ . ∆T)
= 10 L . (1 + 0,00021 . 50°C)
= 10 L . (1 + 0,0045)
= 10 L . 1,0045
= 10,045 Liter
Jadi, volume air setelah dipanaskan adalah 10,045 Liter
Akhir Kata
Itulah tadi penjelasan mengenai bab pemuaian secara lengkap mulai dari pengertian, jenis-jenisnya, dan contoh soal. Jika Anda memiliki pertanyaan seputar pemuaian, silakan tanyakan melalui fitur kolom komentar atau bisa menghubungi kami langsung lewat contact us.
Kami harap dengan adanya artikel ini dapat membantu Anda untuk memahami pemuaian dengan mudah. Sebarkan artikel ini apabila dirasa bermanfaat bagi temanmu yang juga masih bingung dalam belajar pemuaian, semoga bermanfaat!