C. PEMUAIAN

C. Pemuaian

Pernahkah kamu memerhatikan bingkai jendela kaca di rumahmu? Bingkai jendela kaca harus diberi celah agar saat kaca memuai di siang hari yang panas, kaca tersebut tidak pecah. Bagaimana proses pemuaian dapat terjadi dan apakah manfaat atau kerugian dari pemuaian ini dalam kehidupan sehari-hari. Marilah kita pelajari lebih lanjut.

1. Pemuaian pada Zat Padat, Cair, dan Gas

Tahukah kamu mengapa benda-benda jika dipanaskan akan memuai? Setiap benda tersusun atas partikel-partikel yang sangat kecil. Jika partikel-partikel tersebut dipanaskan, partikel- partikel tersebut akan bergetar. Getaran yang dialami partikel ini bergantung pada besar kecilnya suhu benda tersebut. Semakin besar suhunya, getaran partikel semakin besar. Sebaliknya, semakin kecil suhunya getaran partikel semakin lemah. Akibat getaran partikel-partikel inilah suatu benda jika dipanaskan akan mengalami pemuaian.

Pemuaian dapat terjadi pada ketiga wujud zat, yaitu zat padat, zat cair, dan zat gas.

a. Pemuaian Zat Padat

Pernahkah kamu memerhatikan celah sambungan yang terdapat pada jembatan atau di antara dua lintasan jalan beton? Perhatikan Gambar dibawah ini!

Gambar : Celah di antara dua lintasan jalan beton.

Menurutmu, mengapa harus dibuat celah di antara dua lintasan jalan beton tersebut? Celah di antara dua lintasan jalan beton dibuat agar jalan tidak retak saat jalan mengalami pemuaian di siang hari yang panas.

Dari contoh tersebut, umumnya zat padat akan memuai jika dipanaskan. Besarnya pemuaian untuk setiap zat tidak sama, hal ini bergantung pada jenis zatnya. Dalam bab ini, kamu akan mempelajari pemuaian panjang (pemuaian satu dimensi), pemuaian luas (pemuaian dua dimensi), dan pemuaian volume (pemuaian tiga dimensi).

1) Muai Panjang

Muai panjang dapat kamu amati pada benda padat yang berbentuk batang. Nah, agar kamu lebih memahami muai panjang pada batang, lakukanlah Kegiatan 6 berikut.

Dari kegiatan di atas, kamu dapat mengamati ujung batang yang bebas akan menekan pengungkit jarum penunjuk sehingga jarum tersebut berputar. Jika suhu semakin tinggi, pertambahan panjang akan semakin besar. Selain itu, muai panjang bergantung pada jenis zat. Hal tersebut dapat dilihat dari pertambahan panjang aluminium yang lebih besar daripada besi dan tembaga. Pertambahan panjang suatu benda ketika dipanaskan dapat ditentukan dengan persamaan berikut.

Jadi panjang benda setelah dipanaskan adalah:

Keterangan:

l = pertambahan panjang (m)

l0= panjang mula-mula (m)

lt= panjang benda setelah dipanaskan

α = koefisien muai panjang (°C-1)

∆T = kenaikan suhu (°C-1)

Tahukah kamu apa koefisien muai panjang itu? Koefisien muai panjang (α) suatu zat adalah besarnya pertambahan panjang setiap satuan panjang zat jika suhunya dinaikkan sebesar 1 °C. Koefisien panjang beberapa zat padat dapat kamu amati pada Tabel.

Tabel Koefisien muai panjang beberapa zat

2) Muai Luas

Pemuaian luas terjadi jika benda padat yang memuai berbentuk kepingan persegi (plat). Berbeda dengan pemuaian panjang yang hanya memperhitungkan muai panjang, pada pemuaian luas muai lebar juga ikut diperhitungkan. Perhatikan Gambar dibawah ini.

Gambar Skema pertambahan luas.

Koefisien muai luas adalah dua kali koefisien muai panjang. Secara matematis koefisien muai luas dituliskan sebagai berikut.

Pertambahan luas pada muai luas memenuhi persamaan sebagai berikut.

Jadi luas benda setelah dipanaskan adalah:

Keterangan:

∆A = pertambahan luas (m2)

β = koefisien muai luas = 2α (°C-1)

α = koefisien muai panjang (°C-1)

∆T = kenaikan suhu (°C)

At= luas benda setelah dipanaskan (m2)

A0= luas benda mula-mula (m2)

3) Muai Volume

Jika zat padat yang dipanaskan berbentuk bangun ruang, seperti bola, kubus, atau balok, maka bangun ruang tersebut mengalami pemuaian yang disebut muai volume. Pada muai volume, pemuaiannya dianggap ke semua arah. Perhatikan Gambar dibawah ini!

Gambar: Skema pertambahan volume.

Untuk menentukan pemuaian volume zat padat, koefisien muainya adalah tiga kali koefisien muai panjang, atau secara matematis dituliskan sebagai berikut.

Untuk mengetahui pertambahan volume suatu zat dapat digunakan persamaan berikut.

Jadi volume benda setelah dipanaskan adalah:

Keterangan:

∆V = pertambahan volume (m3)

V0= volume mula-mula (m3)

Vt= volume benda setelah dipanaskan (m3)

γ = koefisien muai volume = 3α  (°C-1)

∆T = kenaikan suhu (°C)

b. Pemuaian Zat Cair

Pernahkah kamu mengamati kenaikan permukaan raksa dalam termometer ketika mengukur suhu air yang dipanaskan? Jika zat cair, seperti raksa dipanaskan, akan terjadi pertambahan volume pada zat cair tersebut. Prinsip ini digunakan dalam termometer untuk  mengukur suhu suatu benda atau ruang. Pertambahan volume pada zat cair yang dipanaskan ini dinamakan muai ruang atau muai volume. Jadi pada zat cair hanya berlkau pemuaian zat cair.

Nah, apakah pemuaian zat cair berbeda-beda? Agar kamu lebih memahami pemuaian pada berbagai jenis zat cair lakukanlah Kegiatan 7 berikut.

Dari Kegiatan 7, kamu dapat mengamati bahwa ketikadipanaskan, bejana (zat padat) dan zat cair dalam bejana (air dan alkohol) memuai. Tetapi, muai volume zat cair lebih besar daripada muai volume zat padat. Hal ini tampak dari permukaan air dan alkohol dalam bejana naik. Dari kegiatan di atas juga dapat diamati bahwa besarnya pemuaian suatu zat cair berbeda-beda. Hal ini ditunjukkan dengan lebih tingginya permukaan alkohol daripada permukaan air.

c. Pemuaian Zat Gas

Gambar Balon udara menggunakan prinsip pemuaian gas sehinggadapat terbang

Balon udara dapat terbang menggunakan prinsip pemuaian pada zat gas. Pada saat udara dipanaskan, udara di dalam balon memuai. Hal ini menyebabkan massa jenis udara yang berada di dalam balon berkurang sehingga menjadi lebih ringan daripada udara di sekitarnya. Kondisi ini mengakibatkan balon dapat mengudara dan mengangkat beban yang dibawanya.

Pemuaian yang terjadi pada zat gas sama halnya dengan pemuaian yang terjadi pada zat cair, yaitu hanya mengalami muai ruang saja. Pemuaian zat gas ini lebih besar daripada zat cair. Untuk menghitung besarnya pemuaian volume gas dapat menggunakan persamaan berikut.

Keterangan:

∆V  = pertambahan volume (m3)

V0 = volume mula-mula (m3)

γ  = koefisien muai volume zat gas (°C-1)

∆T  = kenaikan suhu (°C)

Nilai koefisien muai gas adalah  °C-1

2. Pemuaian Zat dalam Kehidupan Sehari-hari

Pemuaian pada zat padat, cair, dan gas dapat kita temukan dalam kehidupan sehari-hari. Pengetahuan pemuaian ini dapat dimanfaatkan untuk mempermudah kepentingan kita. Selain itu kita juga dapat mencegah hal-hal yang merugikan akibat sifat zat yang memuai ini.

a. Pemanfaatan Bimetal

Apakah bimetal itu? Bimetal adalah gabungan dua jenis eeping logam yang memiliki koefisien muai panjang yang berbeda dan digabungkan dengan cara pengelasan atau pengelingan. Logam yang memiliki koefisien muai lebih besar akan lebih cepat memuai dibandingkan dengan logam yang koefisien muainya lebih kecil. Perhatikan Gambar dibawah ini.

Gambar : (a) keping bimetal pada suhu kamar (b) keping bimetal jika dipanaskan (c) keping bimetal jika didinginkan.

Perbedaan pemuaian inilah yang dimanfaatkan dalam termostat. Termostat adalah alat pengatur suhu dengan bimetal sebagai komponen utamanya yang berfungsi sebagai  saklar otomatis. Termostat banyak digunakan dalam alat-alat rumah tangga yang menggunakan listrik, misalnya setrika otomatis dan oven.

b. Pengelingan

Tahukah kamu apakah pengelingan itu? Pernahkah kamu mengamati sambungan kerangka kendaraan atau pintu gerbang besi? Proses penyambungan dua batang besi dengan menggunakan paku keling dinamakan  pengelingan. Sebelum dikeling, dua buah lubang batang besi yang akan disambungkan dipanaskan terlebih dahulu sehingga lubangnya menjadi lebih besar dan paku keling dapat masuk ke dalam lubang tersebut. Setelah itu, pemanasan dihentikan, kemudian paku keling ditempa dengan menggunakan palu khusus sampai kedua lembaran batang besi yang disambungkan merapat. Setelah suhu batang berkurang, paku keling akan menyusut sehingga menjepit kedua batang besi dan menempel dengan kuat. Agar kamu lebih memahami proses pengelingan perhatikan Gambar dibawah ini.

Gambar. Proses pengelingan untuk menyambung dua batang besi

c. Pemasangan Bingkai Besi pada Roda

Gambar. As dan bingkai roda kereta api dipanaskan sebelum dipasangkan rodanya.

Pernahkah kamu memerhatikan bingkai roda pedati atau roda kereta api? Bingkai roda pedati dan roda kereta api terbuat dari besi. Tahukah kamu bagaimana cara memasangkan bingkai besi tersebut pada roda pedati dan roda kereta api?

Roda pedati dan roda kereta api terdiri atas dua bagian, yaitu bingkai besi dan rodanya. Biasanya bingkai besi dibuat lebih kecil daripada rodanya. Nah, agar roda dapat masuk ke dalam bingkai besi, bingkai besi terlebih dahulu dipanaskan sehingga ukurannya membesar karena proses pemuaian. Setelah bingkai besi memuai, roda dapat dengan mudah masuk ke dalam bingkai besi tersebut. Setelah bingkai besi menjadi dingin, bingkai besi tersebut menyusut dan terpasang kuat pada rodanya.

d. Pemasangan Kaca Jendela

Perhatikan pemasangan kaca pada jendela rumahmu. Tahukah kamu mengapa pemasangan kaca dibuat agak longgar? Atau cobalah kamu  perhatikan pemasangan kaca pada jendela mobil. Mengapa pemasangan kaca pada jendela mobil dilengkapi dengan karet?

untuk mendownload file ini, klik disini

by Sridara Dsofina Mufni, Sumber : wasis dan Sugeng Yuli Irianto. Ilmu Pengetahuan Alam SMP dan MTs Kelas VII.2008. Departemen Pendidikan Nasional.

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

%d bloggers like this: