materi smp kelas 8 bab ii pemuaian

Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.

FISIKA KELAS VIII

Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.BAB II

PEMUAIAN

Pernahkah Kamu melihat celah antara sambungan dua rel kereta api ? Mengapa dibuat demikian ?Mengapa tidak dirapatkan saja ? Celah itu memang diperlukan, agar rel tetap lurus. Celah tersebut pada siang hari sempit tetapi pada malam hari menjadi lebar. Hal itu disebabkan rel dari baja pada siang hari terkena panas matahari mengalami pemuaian. Pada BAB ini Kamu akan mempelajari pemuaian pada zat. Tidak sekedar zat padat saja melainkan pada zat cair dan zat gas.


9

Pembelajaran ini bertujuan agar Anda dapat :

Menyelidiki proses pemuaian zat padat, cair dan gas.Merencanakan percobaan sederhana untuk menunjukkan pemuaian zat cair dan padat.Melakukan penyelidikan terhadap perbedaan muai volume berbagai jenis zat cairMenunjukkan prinsip pemuaian dalam teknologi misalnya bimetal untuk termostat, pengelingan, pemasangan bingkaibesi pada roda, dan pemasangan kaca jendela.


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 pemuaiankarena 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 menggunakan Muschenbroek

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

L = L0 + ∆L

Besarnya panjang zat padat untuk setiap kenaikan 10 C pada zat sepanjang 1m disebut

koefisien muai panjang (α).


10


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

dengan persamaan

L = L0 (1+ α Δt)

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 1m2 disebut

koevisien muai luas (β). Besarnya β dapat dinyatakan dalam

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

A = A0 (1+ β Δt)

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.


11

P0

Pt

Lt Lt


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:

V = V0 (1+ γ Δt)

γ = 3α atau γ =

dengan

V : volume akhir (m3 )

V0 : volume mula-mula (m3 )

γ : koefisien muai volume (0 C/m3 )

Δt : kenaikan suhu (0 C)

Untuk mengamati muai volume suatu zat padat maka lakukanlah kegiatan berikut

Kegiatan 2.2.

Mengamati muai volume zat padat

1. Siapkan sebuah bola logam dan bingkainya (lihat gambar), serta pembakar

Bunsennya.

2. Sebelum dibakar bola dapat dimasukkan ke dalam bingkainya. Panaskan bola

tersebut selama beberapa saat.

3. Masukkan bola logam tersebut pada bingkainya. Dapatkah bola masuk kedalam

bingkai ? Mengapa ?.

2. Pemuaian Zat Cair


12


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.

Gambar 2.1 Grafik P – t air

Khusus untuk air pada kenaikan suhu dari 00 C sampai 40 C volumennya

tidak bertambah akan tetapi justru menyusut, pengecualian ini disebut dengan

anomali air sehingga pada suhu 40 C air mempunyai volume terendah. Hubungan

suhu dan volume air dapat digambarkan pada grafik di bawah ini

Volume (V)


13

Plasma

Gas

Uap

Cair

Padat

ttripel tkritis

Ptripel

Pkritis

Suhu (t)

Titik Kritis

Titik Tripel

Tekanan (p)


0 4 Suhu (t)CGambar 2.2 Grafik V – t air

Pada suhu 4 C air menenpati posisi terkecil sehingga pada suhu itu air memiliki

massa 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.

Untuk menyelidiki pemuaian berbagai macam zat cair lakukanlah percobaan berikut

ini

Kegiatan 2.3.

Tujuan: Menyelidiki pemuaian berbagai macam zat cair

1. Siapkan empat buah labu erlen meiyer berpipa kecil, isi masing-masing labu

dengan air, eter, bensin, dan alkohol dengan volume yang sama.

2. Siapkan wadah yang agak besar dan isilah dengan air.

3. Masukkan labu tersebut pada wadah berisi air kemudian panaskan wadah

tersebut.

4. Setelah beberapa saat amatilah tinggi permukaan zat cair pada labu.

5. Apakah yang kalian amati ? samakah tinggi masing-masing zat cair tersebut?

3. 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

C-1

Sehingga volume akhir gas pada tekanan tetap adalah sebagai berikut.

V = V0 (1+ γ Δt)

V = V0 (1+ Δt)

Pemuaian tekanan akhir gas pada volume tetap adalah sebagai berikut.


14


p = p0 (1+ Δt)

Pemuaian gas dalam ruang tertutup dapat dibahas dengan menggunakan hukum

Boyle –Gay Lussac sebegai berikut.

Persamaan gas ideal pV = nRT

= nR

= konstan

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

Gambar 2.3 Kaca jendela diberi ruang untuk pemuaian

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.


15


Gambar 2.4. Celah pada sambungan rel kereta api

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.

Gambar 2.5 Bingkai besi pada roda pedati dipanaskan dulu sebelum

dipasang pada roda kayu

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


16


pada termometer bimetal, termostat bimetal pada setrika listrik, saklar alarm

bimetal, sekring listrik bimetal.

Gambar 2.6 Setrika listrik menggunakan bimetal yang dapat mematikan

arus jika panas melebihi batas.

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.

RINGKASAN

Hubungan antara panjang benda, suhu, dan koefisien muai panjang

dinyatakan dengan persamaan

L = L0 (1+ α Δt)

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

zat adalah

A = A0 (1+ β Δt)

Hubungan antara volume benda, suhu, dan koefisien muai ruang

suatu zat adalah

V = V0 (1+ γ Δt)

γ = 3α atau γ =

Sehingga volume akhir pemuaian gas pada tekanan teta adalah

sebagai berikut.

V = V0 (1+ γ Δt)

V = V0 (1+ Δt)

Pemuaian tekanan akhir gas pada volume tetap adalah sebagai

berikut.

p = p0 (1+ Δt)

Pemuaian gas dalam ruang tertutup dapat dibahas dengan

menggunakan hukum Boyle –Gay Lussac sebegai berikut.


17


pV = nRT

= nR

= konstan

=

Pemuaian Zat Pada Kehidupan Sehari-hari, misalnya

Pemasangan kaca jendela

Pemasangan sambungan rel kereta api

Pemasangan bingkai besi pada roda pedati

Pemasangan jaringan listrik dan telepon.

keping bimetal

UJI KOMPETENSI BAB II

SOAL ESSAY

1. Sebatang besi panjangnya 100cm pada suhu 10 oC , setelah dipanasi sampai 110 oC panjangnya menjadi 100,05

cm. Suatu logam jenis lain yang koefisien muai panjangnya 3 kali koefisien muai panjang besi panjangnya

awalnya 120 cm pada suhu 0 oC. Tentukan panjang logam tersebut jika dipanasi sampai 40 oC.

2. Sebuah Jendela kaca pada malam hari luasnya menyusut 0, 80 cm2. Koefisien muai panjang kaca 8 x 10-6 .

Tentukan suhu pada malam itu jika luas kaca pada suhu 36 oC 1000cm2 ..

3. Sebuah gelas kaca bervolume 500 cm3 penuh berisi alkohol pada suhu 0 oC Jika dipanasi sampai 50 oC, berapa

volume alkohol yang tumpah.(koefisien muai volume alkohol 0,00120/oC.dan koefisien muai volume gelas

0,000027/ oC)

4. Jelaskan prinsip pemuaian terjadi pada termostat dan pemasangan bingkai besi pada roda.

5. Apa yang dilakukan tukang kayu pada ukuran kaca yang akan ditempel di jendela ?

6. Sampai suhu berapa suatu gas yang suhunya 0 C volumenya 100 cm3 harus dipanaskan agar volumenya

menjadi 2 kali volume semula sedangkan tekanannya tetap ?

SOAL PILIHAN GANDA

1. Yang dimaksud dengan koefisien muai panjang adalah.....

a. Angka yang menunjukkan berkurang panjangnya tiap 1 cm zat bila suhunya naik

sebesar 1oC


18


b. Angka yang menunjukkan bertambah panjangnya tiap 1 cm suatu zat bila

suhunya suhunya naik sebesar 1oC

c. Angka yang menunjukkan bertambah panjangnya tiap 1 cm suatu zat bila

suhunya turun sebesar 1oC

d. Angka yang menunjukkan berkurang panjangnya tiap 1 cm zat bila suhunya tetap

pada 1oC

2. Perhatikan tabel berikut!

Jenis

benda

Koefisien muai

panjang

kuningan 0,000019/oC

tembaga 0,000017/oC

baja 0,000011/oC

kaca 0,000009/oC

Jika panjang benda mula-mula sama dan benda-benda tersebut dipanaskan pada suhu yang sama secara bersamaan,

maka pertambahan panjang yang terbesar adalah......

a. Kuningan b.tembaga c.baja d. kaca

3. Kuningan panjang mula-mula 100 cm dengan koefisien muai panjang 0,000019/ oC

dipanaskan dari suhu 10 oC sampai 110 oC akan bertambah panjang.....

a. 0,0038 cm c. 0,19 cm

b. 0,0019 cm d. 0,38 cm

4. Sebatang logam panjangnya 50,00 cm pada suhu 10 oC dan 50,05 cm pada suhu 110 oC.

Maka koefisien muai panjang baja itu adalah.....

a. 0,0005/ oC c. 0,00005/ oC

b. 0,0005/ oC d. 0,000005/ oC

5. Sebatang besi panjangnya 1 m pada suhu 10 oC dan koefisien muai panjang logam itu

0,000012/ oC. Maka pada suhu 167 oC panjang logam itu menjadi....

a. 0,00068 m c. 10,068 m

b. 1,0684 m d. 11,0684 m

6. Alat berikut ini merupakan alat yang digunakan untuk menunjukan pemuaian pada zat

cair adalah.....

a. higrometer

b. Dilatometer dimasukkan ke air

c. Dilatometer berisi air dipanaskan

d. Musschenborck

7. Zat cair akan lebih cepat memuai dari pada zat padat. Hal ini terjadi pada peristiwa.....

a. Ketika termometer dimasukan kedalam air mendidih skalanya bertambah..

b. Panci yang berisi penuh air akan tumpah ketika air mendidih

c. Panci lebih cepat panas dari pada air

d. Air lebih cepat panas dari pada panci.

8. Yang dimaksud dengan Koefisien muai volume adalah angka yang menunjukkan .....


19


a. Bertambahnya volume setiap 1 cm3 suatu zat bila suhunya turun sebesar 1 K

b. Bertambahnya volume setiap 1 cm3 suatu zat bila suhunya naik sebesar 1 oC

c. Berkurangnya volume setiap 1 cm3 suatu zat bila suhunya naik sebesar 1 oC

d. Berkurangnya volume setiap 2 cm3 suatu zat bila suhunya turun sebesar 1 oC

9. Pernyataan yang benar hubungan antara , β dan adalah .....

a. = 3 = 2 β c. = 3 = β

b. = = d. = =

10. Koefisien muai panjang kuningan 0,000019/oC, maka koefisien muai volume kuningan

tersebut adalah......

a. 0,000051/ oC

b. 0,000038/ oC

c. 0,0000095/ oC

d. 0,0000019/ oC

11. Penerapan pemuaian dalam kehidupan sehari-hari dapat berupa seperti berikut,

kecuali.....

a. Pemasangan sambungan rel kereta api

b. Pemasangan kaca jendela

c. Pengelingan

d. Pengeringan pakaian

12. Berikut ini gambar bimetal terbuat dari logam A dan B

Pernyataan yang tidak tepat dari gambar itu yaitu......

a. Koefisien muai panjang logam A lebih kecil logam B

b. Koefisien muai panjang logam B lebih kecil dari logam A

c. Bimetal akan melengkung ke arah logam B bila didinginkan

d. Koefisien muai volume logam B lebih kecil dari logam A

13. Alat berikut ini digunakan untuk mengetahui pemuaian pada zat padat adalah .....

a. barometer c. dilatometer

b. termoskope d. Musschenbrock

14. Apabila suatu benda diberi kalor, maka benda itu akan.....


20

B

ASebelum dipanaskan

B

A Sesudah dipanaskan


a. Menyusut volumenya

b. Pasti berubah wujud

c. Pasti bertambah suhunya

d. Bisa berubah wujud atau bertambah suhunya

15.Sebuah tangki berisi alkohol sebanyak 1000 cm3 pada suhu 0 oC

dengan koefisien muai volume sebesar 0,00120/oC. Jika dipanaskan sampai 80 oC pada tekanan tetap, maka volume

gas menjadi....cm3

a. 96 b. 904 c. 1096 d. 1120


21

materi smp kelas 8 bab ii pemuaian

Documents