SUHU dan PEMUAIAN

Pemuaian adalah bertambah besarnya ukuran suatu benda karena kenaikan suhu yang terjadi pada benda tersebut. Pada umumnya benda akan mengalami ekspansi atau memuai saat diapnaskan (Young & Freedman: 462). Kenaikan suhu yang terjadi menyebabkan benda mendapat tambahan energi berupa kalor yang menyebabkan molekulmolekul pada benda tersebut bergerak lebih cepat. Besarnya pemuaian pada benda terhgantng pada tiga hal, yaitu: ukuran awal benda, karakteristik benda, dan besarnya perubahan suhu. Terdapat tiga macam pemuaian benda,yaitu pemuaian panjang, pemuaian luas, dan pemuaian volume.

1. Pemuaian Panjang

Pada zat padat yang panjang dengan diameter kecil, semisal kawat atau rel kereta api, pemuaian luasan diabaikan, hanya pada pemuaian panjang yang biasanya diukur. Pemuaian panjang pada zat padat relative sangat kecil, sehingga membutuhkan ketelitian dalam mengamatinya.

Tinjau sebuah batang panjang L_o pada suhu awal T_o. Saat suhu berubah sejumlah ΔT panjang benda berubah sejumlah ΔL Jika ΔT tidak terlalu besar (lebih kecil dari 100C), ΔL akan sebanding dengan ΔT. Bessarnya ΔL juga sebanding dengan L_o dengan konstanta perbandingan α (yang berbeda untuk bahan yang berlaianan), dapat kita nyatakan hubungan tersebut dalam persamaan:

ΔL = 𝛼L₀ΔT                                                                    

Jika sebuah benda memiliki panjang L_o pada suhu T_o maka panjangnya L pada suhu T = T₀ + ΔT adalah:

L = L₀ + ΔL = L₀ + 𝛼L₀ΔT

Konstanta α yang menjelaskan sifat pemuaian termal dari bahan tertentu disebut koefisien muai panjang. Besarnya koefisien muai panjang tiap benda berbeda-beda, dapat dilihat pada Tabel sebagai berikut ini.

Bahan	Koefisien muai panjang
Aluminium	2,4 x 10-5
Kuningan	2,0 x 10-5
Tembaga	1,7 x 10-5
Kaca	0,4-0,9 x 10-5
Invar	0,009 x 10 -5
Kuarsa	0,004 x 10 -5
Baja	1,2 x 10-5

Pemuaian panjang banyak dimanfaatkan untuk merekayasa suatu konstruksi, misalnya untuk menyambungkan dua plat logam dengan menggunakan paku. Pemanfaatan yang lain adalah jika kita ingin memadukan plat logam yang jenisnya berbeda, penggabungan bilah bimetal banyak digunakan dalam alat pemadam kebakaran. Selain itu dalam mendesain awal sambungan rel kereta api, disediakan celah diantara sambungan dua batang relnya karena untuk menghindari adanya pemuaian panjang akibat sinar matahari. Tujuannya agar rel tidak melengkung.

2. Pemuaian Luas

Untuk benda-benda yang berbentuk lempengan plat (dua dimensi), akan terjadi pemuaian dalam arah panjang dan lebar. Hal ini berarti lempengan tersebut mengalami pertambahan luas atau pemuaian luas. Misalnya benda berbentuk bujur sangkar dengan sisi L0 dipanaskan hingga suhunya naik sebesar ΔT, maka benda akan memuai kedua sisinya. Luas benda mula-mula adalah A0 = L₀². Pada saat dipanaskan setiap sisi memuai sebesar ΔL sehingga membentuk bujur sangkar baru dengan sisi (L0 + ΔL ). Dengan luas benda adalah akhir sebesar:

A = (L₀ + ΔL)² = L₀² + 2L₀ΔL + (ΔL)²

Karena DL cukup kecil, maka nilai  (DL)² dapat diabaikan. Sehingga persamaan luas plat tersebut menjadi

A = L₀² + 2L₀ΔL

A = L₀² + 2L₀ αΔT

A = L₀² + 2αL₀ΔT

dengan:

β = 2α

Maka persamaan menjadi:

A = A₀ + βA₀ΔT

Contoh penerapan muai luas adalah ukuran bingkai kaca jendela didesain sedikit lebih besar daripada ukuran kacanya untuk menghindari adanya pemuaian luas akibat terkena sinar matahari. Tujuannya adalah pada saat kaca memuai akibat perubahan suhu karena panas, maka kaca tidak akan pecah.

3. Pemuaian Volume

Peningkatan suhu umunya akan menimbulkan pemuaian, baik pada benda padat maupun benda benda cair. Seperti halnya pada pemuaian panjang, jika perubahan suhu ΔT  tidak terlalu besar (lebih kecil dari 100^oC), kenaikan volume ΔV dapat dianggap berbanding lurus dengan perubahan suhu ΔT dan volume awal V_o (Young & Freedman, 2001: 463). Besarnya pemuaian volume pada benda dapat dicari dengan menggunakan persamaan sebagai berikut:

V = (L₀ + ΔL)³ = L₀³ + 3L₀²ΔT  + 3L₀(ΔL)² + (ΔL)³

Karena ΔL cukup kecil, maka nilai  (ΔL)² dan  (ΔL)³ dapat diabaikan sehingga

V = L₀³ + 3L₀²ΔL

V = V₀ + 3αL₀²ΔT

dengan:

γ = 3α                                                                             

Maka persamaan menjadi

V = V₀ + γV₀ΔT

Besarnya koefisien muai volume dapat dilihat pada berikut ini.

Koefisien Muai Volume Benda

Bahan	Koefisien muai volume
Aluminium	7,2 x 10-5
Kuningan	6,0 x 10-5
Tembaga	5,1 x 10-5
Kaca	1,2-2,7 x 10-5
Invar	0,27 x 10 -5
Kuarsa	0,12 x 10 -5
Baja	3,6 x 10-5

Koefisien Muai Volume Benda

Bahan	Koefisien muai panjang
Etanol	75 x 10-5
Karbon disulfide	115 x 10-5
Gliserin	49 x 10-5
Raksa	18 x 10-5

Contoh penerapan muai volume dalam kehidupan seharihari adalah ketika memanaskan panci yang berisi air penuh, maka sebagian air dalam panci tersebut akan tumpah. Ini menunjukkan bahwa air dalam panci tersebut mengalami muai volume.

SUHU dan PEMUAIAN 2016-04-07T06:02:00-07:00 Rating: 4.5 Diposkan Oleh: Mantan Tentor Fisika