I.
TUJUAN
1. Mempelajari pemuaian berbagai logam. 2. Menentukan koefisien muai linear berbagai logam.
II.
DASAR TEORI
Hampir semua zat memuai bila dipanaskan, ada juga beberapa zat yang menyusut bila dipanaskan misalnya air dan bismut pada daerah suhu tertentu. Ternyata peristiwa pemuaian zat banyak menimbulkan masalah di bidang teknik, akan tetapi ada juga beberapa pekerjaan yang dibantu oleh adanya pemuaian misa misaln lnya ya pada pada pemb pembua uatan tan termo termome mete ter. r. Gejal Gejalaa pemu pemuaia aian n diseb disebab abka kan n oleh oleh perubahan perubahan suhu dan besar pemuaian pemuaian tergantung tergantung pada jenis zat (zat padat, zat cair dan gas). Ketiga jenis zat ini umumnya umumnya memuai bila dipanaskan. Adapun Adapun faktorfaktor yang mempengaruhi besar kecilnya koefisien muai adalah : a. Jenis enis baha bahan nnya nya b. Ukuran Ukuran benda benda mula-mula mula-mula c. Besarny Besarnyaa perubah perubahan an suhu suhu atau atau kalor kalor yang yang diberik diberikan. an. 1. Pemuai Pemuaian an Zat
a. Muai Panjang Batang logam yang berlainan jenisnya bila dipanaskan pada suhu yang sama sama,, maka maka akan akan terj terjad adii pert pertam amba baha han n panj panjan ang g yang yang berb berbed eda. a. Hal ini ini dise diseba babk bkan an kare karena na perta pertamb mbah ahan an panja panjang ng (pemu (pemuaia aian n panja panjang ng)) suatu suatu zat tergantung tergantung dari koefisien muai panjang dari zat tertentu. tertentu. Dalam hal ini logamlogamlogam yang berlainan jenisnya juga memiliki koefisien muai panjang yang berbeda. berbeda. Perubahan panjang panjang ∆l pada zat padat,dengan padat,dengan pendekatan yang sangat sangat baik,berband baik,berbanding ing lurus dengan dengan perubahan perubahan temperatur temperatur ∆t. Sebagaimana Sebagaimana diharapkan, diharapkan, perubahan panjang juga sebanding dengan panjang awal l o. Untuk perubahan perubahan temperatur temperatur yang sama,dua sama,dua batang dari bahan yang sama sama mengalami mengalami perubahan perubahan dimana dimana batang yang satu satu panjangnya panjangnya dua kali dari batang batang yang lain. lain. Dengan demikian ∆l berbanding lurus dengan l o. Adapun definisi dari koefisien muai panjang suatu zat adalah pertambahan panjang 1 cm zat tersebut bila suhunya dinaikkan 1 o C dari suhu semula. Dirumuskan sebagai
1
∆l = α .l o .∆t
dan
Lt = lo (1 + α .∆t)
Di mana : ∆l = pertambahan panjang (cm atau meter) α
= koefisien muai panjang (per o C atau per o K)
lo
= panjang semula (cn atau meter)
lt
= panjang pada suhu t o C
∆t = perubahan/kenaikan/penurunan suhu ( o C atau o K) b. Muai Luas Koefisien muai luas adalah perubahan luas per satuan luas mula-mula tiap derajat kenaikan suhu. Misalnya
bila
zat
padat
berbentuk
plat
dipanaskan, maka terjadi pemuaian dalam arah panjang dan lebarnya. Jadi plat ini mengalami pemuaian luas. Koefisien muai luas suatu zat yaitu dua kali koefisien muai panjangnya. Dirumuskan sebagai : ∆A = β .Ao .∆t
dan
At = Ao (1 + β .∆t)
Di mana : ∆A = pertambahan luas (cm2 atau m2 ) β
= koefisien muai luas (per o C atau per o K), β = 2.α
Ao = luas semula (cm2 atau m2) At = luas pada suhu t o C ∆t = perubahan suhu (o C atau o K) c. Muai Volume Pada umumnya semua zat akan mengalami muai ruang, baik benda padat, cair dan gas. Pengertian koefisien muai panjang hanya dimiliki oleh benda padat, untuk benda cair dan gas pengukuran muainya hanya dengan koefisien muai ruang. Jika perubahan suhu tidak terlalu besar, kenaikan volume ∆V dapat dianggap berbanding lurus dengan perubahan suhu ∆t dan volume mula-mula. Koefisien muai ruang suatu zat adalah pertambahan volume 1 cm3 bila zat tersebut suhunya naik 1 o C. Koefisien muai volum biasanya dihitung berdasarkan persamaan empiris antara rapat massa dan
2
suhu pada tekanan konstan. Apabila metode ini tidak mungkin, digunakan metode optik yang melibatkan faktor interferensi cahaya. Koefisien muai volum tidak bebas pengaruh perubahan tekanan, tetapi berubah jelas sekali akibat perubahan suhu. Banyak percobaan menunjukkan bahwa γ akan mengecil jika suhu diturunkan dan akan mendekati nol, jika suhu kelvin mendekati nol. Koefisien muai ruang (volum) suatu zat tiga kali koefisien muai panjang. Dirumuskan sebagai : ∆V = γ .Vo .∆t
dan
Vt = Vo 1 + γ ∆t)
Di mana : ∆V = pertambahan volume (cm3 atau dm3) γ
= koefisien muai ruang ((per o C atau per o K), γ = 3 .α
Vo = volume semula (cm3 atau dm3) Vt = volume pada suhu t o C (cm3 atau dm3) ∆t = perubahan suhu (o C atau o K)
Tabel Koefisien Muai Volume
2.
Zat padat
β,(Co)-1
Zat cair
β,(Co)-1
Aluminium Baja Inver Kuarsa Kaca Kuningan Tembaga
7,2 x 10-5 3,6 0,27 0,12 1,2-2,7 6,0 4,2
Alkohol, etil Disulfida karbon Gliserin Raksa
75 x 10-5 115 49 18
Pemuaian pada Gas
Karena memiliki perbedaan dengan zat padat dalam hal pemuaian, salah satunya ialah bila suhu berubah maka vulome dan tekanan gas juga ikut
3
berubah. Untuk mengetahui perubahan antara suhu, volume, dan tekanan pada gas, maka salah satunya harus dianggap tetap. Gas yang dipanaskan akan memuai dengan kofisien muai gas = 1/273. Pemuaian gas pada tekanan tetap maka yang berubah volumenya, sedangkan pemuaian gas pada volume tetap, yang berubah adalah tekanannya. Muai gas pada volume tetap : V1 T1
=
V2 T2
Muai gas pada tekanan tetap: P1 T1 III.
=
V2 T2
ALAT DAN BAHAN
1. Peralatan muai linear
(1)
2. Dial gauge
(1)
3.
Termometer -10 ~ 100o C
(1)
4.
Batang logam.
(4)
IV. LANGKAH PERCOBAAN
1. Di pasang semua peralatan seperti tampak pada gambar. Di pastikan logam uji terjepit dengan kuat. 2. Di ukur panjang logam mula-mula L0. 3. Diletakan skala pertambahan panjang pada klem penyiku logam, pastikan skala pertambahan panjang dapat berputar dengan bebas dan di tentukan titik nol pengukuran. 4. Di panaskan logam pada pemanas.Di pastikan logam mendapatkan pemanasan langsung. 5. Secara berkala dicatat temperatur batang logam dan di baca pertambahan panjang ΔL. Di matikan pemanas jika temperatur batang logam tidak bertambah lagi. 6. Di buat grafik hubungan antara pertambahan panjang ΔL sebagai fungsi dari perubahan temperatur ΔT.
V.
DATA PERCOBAAN
4
Aluminium Panjang mula-mula 61 cm Temperatur
Perubahan
Skala
Batang (0C)
temperatur ΔT
27 28 30 31 32 33 33 33 35 35
(0C) 0 1 2 1 1 1 0 0 2 2
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
Temperatur
Perubahan
Pembacaan skala
batang (0C)
suhu ΔT
27 27 27 27 28 33 41 42 43 43
(0C) 0 0 0 0 1 5 8 1 1 0
Perubahan panjang ΔL 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
Besi Panjang mula-mula 78 cm
Perubahan panjang (ΔL)
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
VI. PERHITUNGAN DATA Koefisien Muai Linier Alumunium
Diketahui L0 = 61 cm = 61 x 10 -2 m ΔL = 0
5
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
ΔT = 0ºC Ditanya α = ...? Jawab
No
ΔT (ºC)
ΔL (mm)
1
0
0
2
1
0
0
3
2
0
0
4
1
0
0
5
1
0
0
6
1
0
0
7
0
0
8
0
0
9
2
0
10
0
0
1. Koefisien Muai Linier Besi
Diketahui L0 = 78 cm = 78 x 10 -2 m ΔL = 0
6
α
0
ΔT = 0ºC Ditanya α = ...? Jawab
No
ΔT (ºC)
ΔL (mm)
1
0
0
2
0
0
3
0
0
4
0
0
5
1
0
0
6
5
0
0
7
8
0
0
8
1
0
0
9
1
0
0
10
0
0
I. RALAT KERAGUAN 1. Alumunium Ralat Perubahan Suhu ΔT No
ΔT (ºC)
1
0
2
1
0,8
3
2
0,8
0,8
7
α
4
1
0,8
5
1
0,8
6
1
0,8
7
0
0,8
8
0
0,8
9
2
0,8
10
0
0,8
Ralat Nisbi
Kebenaran Praktikum = 100% - 62,5% = 37,5%
Ralat Pertambahan Panjang No
ΔL (mm)
1
0
0
2
0
0
3
0
0
4
0
0
8
5
0
0
6
0
0
7
0
0
8
0
0
9
0
0
10
0
0
Ralat Nisbi
Kebenaran Praktikum = 100% - ?= ?
Ralat Koefisien Muai Linier 2. Besi Ralat Perubahan Suhu No
ΔT (ºC)
1
0
2
0
1,6 1,6
9
3
0
1,6
4
0
1,6
5
1
1,6
6
5
1,6
7
8
1,6
8
1
1,6
9
1
1,6
10
0
1,6
Ralat Nisbi
Kebenaran Praktikum = 100% - 31,25% = 68,75%
Ralat Pertambahan Panjang No
ΔL (mm)
1
0
0
2
0
0
3
0
0
4
0
0
10
5
0
0
6
0
0
7
0
0
8
0
0
9
0
0
10
0
0
Ralat Nisbi
Kebenaran Praktikum = 100% - ?= ?
VIII. PEMBAHASAN
Dalam percobaan koefisien muai linear, digunakan beberapa alat dan bahan seperti batang logam aluminium pada suhu ruang tetap. Hal pertama yang dilakukan dalam percobaan ini yaitu mengukur panjang batang logam dan mencatat suhu ruang. Lalu batang logam ini dipanaskan dan setelah panas batang logam tersebut akan mengalami pemuaian sehingga perubahan suhu dan perubahan panjang dari batang logam itu sendiri dapat dihitung. Percobaan ini dilakukan dan dihitung sebanyak lima kali untuk mendapatkan hasil yang lebih
11
teliti dan mendekati benar. Hasil dari pengukuran perubahan suhu dan perubahan panjang pada logam tersebut dapat digunakan untuk membuat perhitungan dalam mencari besarnya koefisien muai linear yang biasa dilambangkan dengan α. Dari percobaan yang telah dilakukan diketahui bahwa semakin besar perubahan suhu pada logam, maka perubahan panjang juga semakain besar. Ini berarti perubahan suhu berbanding lurus dengan perubahan panjang. Tetapi ada beberapa kesalahan dan perbedaan harga α pada logam aluminium dengan harga α pada buku referensi. Pebedaan ini terjadi karena kekurangtelitian dalam mengukur perubahan panjang batang, tidak teliti dalam mengukur perubahan suhu dan kemungkinan adanya kerusakan pada alat yang digunakan dalam percobaan.
IX.
KESIMPULAN
Pada umumya zat yang diberi kalor atau suhunya dinaikkan akan
mengalami pemuaian.
Faktor-faktor yang mempengaruhi besar kecilnya koefisien muai
adalah jenis bahan, ukuran benda mula-mula, dan besarnya perubahan suhu yang diberikan.
Besar pemuaian tergantung pada jenis zat (zat padat, cair, dan gas).
Koefisien muai panjang menunjukkan pertambahan panjang setiap
satuan panjang mula-mula karena suhunya dinaikkan 1 o C atau 1o K.
Koefisien muai luas yaitu dua kali koefisien muai linier ( β = 2.α )
Koefisien muai volum adalah tiga kali koefisien muai liniernya ( γ =
3.α ).
12
Daftar Pustaka
Sunjaya, Ir. Achmad. 2000. Dasar-Dasar Thermodinamika Teknik. Bandung : M2S Zemansky, Sears. 1982. Fisika Untuk Universitas I. Bandung : Binacipta Rosda Offset Tarigan, Drs. Dat Malem. 1985. Penuntun Belajar Terpadu Zat dan Energi. Bandung : CV. Pionir Jaya Giancolli, Douglas C. 2001. Fisika. Jakarta : Erlangga Gunawan, A. A. Ngurah. 2006. Penuntun Praktikum Fisika Dasar ( Farmasi ). Bali: Jurusan Fisika Fakultas MIPA Universitas Udayana
13
14
