Pemuaian Zat Padat

Pemuaian pada zat padat terdiri dari  muai panjang, luas dan volume

a) Macam-macam Pemuaian pada Zat Padat

Zat padat apabila dipanaskan mengalami pemuaian panjang, luas dan volume.

b) Muai Panjang Zat Padat

Muai panjang dapat diamati pada benda padat yang berbentuk batang. Jika suhu semakin tinggi, pertambahan panjang akan semakin besar. Selain itu, muai panjang bergantung pada jenis zat. Koefisien muai panjang (α) suatu zat adalah besarnya pertambahan panjang setiap satuan panjang zat jika suhunya dinaikkan sebesar 1 °C.

Persamaan Muai Panjang:

l_t = l₀ + ∆l atau l_t = l₀ (1 + (α ·∆T)

Keterangan:

∆l = pertambahan panjang (m)

l₀ = panjang mula-mula (m)

l_t = panjang benda setelah dipanaskan

α  = koefisien muai panjang (°C-1)

∆T = kenaikan suhu (°C-1)

Contoh

Batang suatu logam pada suhu 10^o C memiliki panjang 100 cm. Tentukan panjang logam  tersebut pada suhu 310^oC jika α = 1,2 x 10^-5/^oC.

Diketahui : lo = 100 cm

     Δt = t₂-t₁= 310 ^o – 10 ^o = 300^o C

Ditanya : l   = ?

Jawab :   l   = lo (1 + α Δt)

= 100 (1 + 1,2 x 10^-5/^oC x 300^o C)

= 100 + 0,36 cm

          = 100,36 cm

c) Muai Luas Zat Padat

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. Koefisien muai luas adalah dua kali koefisien muai panjang. Secara matematis koefisien muai luas dituliskan sebagai berikut β = 2α.

Persamaan Muai Luas

A_t = A₀ (1 + (β · ∆T)  atau  A_t= A₀ (1 + (2 α · ∆T)

Keterangan:

∆A = pertambahan luas (m²)

β  = koefisien muai luas = 2α  (°C^-1)

 α = koefisien muai panjang (°C^-1)

∆T = kenaikan suhu (°C)

A_t = luas benda setelah dipanaskan (m²)

A₀ = luas benda mula-mula (m²)

Contoh

Sebuah plat aluminium yang berbentuk persegi mempunyai sisi 10 cm dan suhu 30 °C. Kemudian plat tersebut dipanaskan hingga mencapai suhu 80 °C. Jika koefisien muai panjang aluminium 0,0000255 °C-1, tentukanlah luas plat aluminium pada suhu akhir !

Diketahui:

luas mula-mula (A₀) = (10 cm)² = 100 cm²

kenaikan suhu (ΔT) = 80 °C – 30 °C = 50 °C

koefisien muai luas (β) = 2.(0,0000255 °C^-1) = 0,00005 °C^-1

Ditanyakan: ΔA = ?

Jawab:

A_t  = A₀ (1 + (β · ∆T)  

     = 100 cm² {1 + (0,00005°C^-1 x 50 °C)}

     = (100 cm²) + 100 x {(0,00005°C^-1) × (50 °C)}

     = 100 cm² + 0,25 cm²

Jadi, luas aluminium tersebut adalah 100,25 cm²

d) Muai Volume Zat Padat

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. Untuk menentukan pemuaian volume zat padat, koefisien muainya adalah tiga kali koefisien muai panjang, atau secara matematis dituliskan sebagai berikut  γ = 3α

Persamaan Muai Volume

V_t = V₀ (1 + γ. ΔT ) atau V_t = V₀ (1 + 3 α . ΔT )

Keterangan:

ΔV = pertambahan volume (m³)

V₀ = volume mula-mula (m³)

V_t = volume benda setelah dipanaskan (m³)

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

ΔT = kenaikan suhu (°C)

Contoh

Sebuah aluminium berbentuk kubus dengan rusuk 3 cm dipanaskan dari 20 °C sampai 80 °C. jika koefisien muai aluminium 0,0000255°C^-1, tentukanlah volume pada suhu akhir !

Diketahui:

volume mula-mula (V₀) = (3 cm)³= 27 cm³

kenaikan suhu (ΔT) = 80 °C – 20 °C = 60 °C

koefisien muai volume (γ) = 3 (0,0000255 °C^-1) = 0,0000765 °C^-1

Ditanyakan Vt = ?

Jawab:

V_t = V₀ (1 + γ. ΔT )

    = 27 cm³ × (1 + 0,0000765°C^-1 × 60°C)

    = 27 cm³+ {27 cm³ x (0,0000765°C^-1 × 60°C)}

    = 27 cm³+ 0,12393 cm³

Jadi, volume aluminium pada suhu 60°C  adalah 27,12393 cm³.

Referensi:

Ilmu Pengetahuan Alam 1: SMP/MTs kelas VII/ Wasis, Sugeng Yuli Irianto - Jakarta: Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional, 2008.