PEMUAIAN LOGAM
I. TUJUAN
1. Menjelaskan pengaruh perubahan temperatur terhadap bahan terutama logam 2. Mengukur besarnya koefisien pemuaian panjang material
II. DASAR TEORI 2.1 Pengertian Pemuaian
Pemuaian adalah bertambahnya ukuran suatu benda karena pengaruh perubahan suhu atau bertambahnya ukuran suatu benda karena menerima kalor. Pemuaian terjadi pada 3 zat yaitu pemuaian pada zat padat, pada zat cair, dan pada zat gas. Pemuaian pada zat padat ada 3 jenis yaitu pemuaian panjang (untuk satu demensi), pemuaian luas (dua dimensi) dan pemuaian volume (untuk tiga dimensi). Sedangkan pada zat cair dan zat gas hanya terjadi pemuaian volume saja, khusus pada zat gas biasanya diambil nilai koefisien muai volumenya sama dengan 1/273. Pemuaian yang terjadi pada tiga zat yaitu : 1. Pemuaian pada zat padat. Dalam Pemuaian pada zat padat terbagi menjadi 3 jenis, yaitu : a. Pemuaian panjang. b. Pemuaian luas. c. Pemuaian volume. 2. Pemuaian pada zat cair Ternyata Pada zat cair, hanya terjadi pemuaian volume. Khusus untuk air, pemuaian tidak berlaku pada suhu 0°C sampai dengan 4°C karena pada selang suhu tersebut volume air mengalami penyusutan. Sifat air itu dinamakan anomali air. 3. Pemuaian pada zat gas Seperti halnya zat cair,zat gas pun juga hanya mengalami pemuaian volume. Berdasarkan jenisnya Pemuaian ada tiga jenis yaitu : 1. Pemuaian panjang Pemuaian Panjang adalah bertambahnya ukuran panjang suatu benda karena menerima kalor. Pada pemuaian panjang nilai lebar dan tebal sangat kecil 1
dibandingkan dengan nilai panjang benda tersebut. Sehingga lebar dan tebal dianggap tidak ada. Contoh benda yang hanya mengalami pemuaian panjang saja adalah kawat kecil yang panjang sekali. Pemuaian panjang suatu benda dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu panjang awal benda, koefisien muai panjang dan besar perubahan suhu. Koefisien muai panjang suatu benda sendiri dipengaruhi oleh jenis benda atau jenis bahan. Secara matematis persamaan yang digunakan untuk menentukan pertambahan panjang benda setelah dipanaskan pada suhu tertentu adalah : ∆L=Lo.α.∆t
(1.1)
Keterangan : ∆ L = pertambahan panjang (m) lo = panjang awal (m) 0
Α = koefisien muai panjang (/C ) Bila ingin menentukan panjang akhir setelah pemanasan maka digunakan persamaan sebagai berikut : l l l 0 l l 0 (1 .t )
(1.2)
Keterangan ∆ L = pertambahan panjang (m) l = panjang akhir (m) lo = panjang awal (m) 0
Α = koefisien muai panjang (/C ) 2. Pemuaian luas Pemuaian Luas adalah pertambahan ukuran luas suatu benda karena menerima kalor. Pemuaian luas terjadi pada benda yang mempunyai ukuran panjang dan lebar, sedangkan tebalnya sangat kecil dan dianggap tidak ada. Contoh benda yang mempunyai pemuaian luas adalah lempeng besi yang lebar sekali dan tipis.Seperti halnya pada pemuian luas faktor yang mempengaruhi pemuaian luas adalah luas awal, koefisien muai luas, dan perubahan suhu. Karena sebenarnya pemuaian luas itu merupakan pemuian panjang yang ditinjau dari dua dimensi maka koefisien 2
muai luas besarnya sama dengan 2 kali koefisien muai panjang. Untuk menentukan pertambahan luas dan volume akhir digunakan persamaan sebagai berikut : ∆A= Ao.β. ∆t A=∆A + Ao A= Ao(1+ β. ∆t)
(1.3)
Keterangan : 2
A = luas akhir (m ) 2 ∆ A= pertambahan luas (m ) 2
Ao = luas awal (m ) o Β=Koefisien muai luas (/C )
3. Pemuaian volume Pemuaian volume adalah pertambahan ukuran volume suatu benda karena menerima kalor. Pemuaian volume terjadi benda yang mempunyai ukuran panjang, lebar dan tebal. Contoh benda yang mempunyai pemuaian volume adalah kubus, air dan udara. Persamaan yang digunakan untuk menentukan pertambahan volume dan volume akhir suatu benda tidak jauh beda pada perumusan sebelum. Hanya saja beda pada lambangnya saja. Perumusannya adalah sebagai berikut : ∆V=Vo.. ∆t V= ∆V + Vo V= Vo(1+ . ∆t)
(1.4)
Keterangan : 3
V= volume akhir (m ) 3
∆V=pertambahan volume (m ) 3
Vo= Volume awal (m ) =
o
koefisien muai volume (/C )
2.2 Manfaat Pemuaian
Dalam kehidupan sehari-hari kita, kita dapat menemukan beberapa contoh dari manfaat pemuaian tersebut Berikut ini adalah Beberapa manfaat pemuaian yang ada dalam kehidupan sehari-hari kita sebagai berikut.
Pemasangan Roda Baja 3
Ban baja yang berdiameter lebih kecil dari pelek roda ketika ingin dipasang harus dimuaikan lebih dulu untuk mempermudah.
Pengelingan Pengelingan adalah proses penyambungan dua plat logam menggunakan palu khusus.
Kedua plat yang akan disambung. Paku keling yang sudah dipanaskan hingga membara kemudian digunakan untuk menyambung, setelah itu dipukul hingga rata. Pada saat dingin kembali, paku menyusut dan kedua plat dapat tersambung erat. Pengelingan sering dilakukan pada pembuatan jembatan, pabrik otomotif, pembuatan badan kapal laut, mobil, dan pesawat terbang.
Membuka tutup botol logam Botol kaca yang memiliki tutup logam sering kali sukar untuk dibuka. Untuk
membukanya, tutup botol dipanaskan terlebih dahulu dengan api. Ketika dipanaskan, tutup botol logam akan memuai lebih cepat daripada botol kaca sehingga tutup akan longgar dan mudah dibuka.
Keping bimetal Bimetal artinya dua buah logam. Keping bimetal adalah dua keping logam yang
memiliki koefisien muai panjang berbeda (biasanya kuningan dan besi) yang dikeling menjadi satu. Keping bimetal sangat peka terhadap perubahan suhu. Pada suhu normal panjang kedua logam sama, jika suhunya naik, kedua logam memuai dengan pertambahan panjang yang berbeda, akibatnya keping bimetal membengkok ke arah logam yang mempunyai koefisien terkecil. Pembengkokan bimetal dapat dimanfaatkan untuk berbagai keperluan misalnya saklar alarm bimetal, atau termometer bimetal.
2.3 Gejala Pemuaian dalam Kehidupan Manusia
.
Pemuaian pada benda-benda memiliki pengaruh yang berbeda-beda. Ada yang dampaknya baik bagi manusia, namun ada pula yang tidak baik. Berikut ini adalah beberapa contoh dari gejala pemuaian dalam kehidupan manusia seperti :
Pemuaian pada sambungan rel kereta api Pemasangan sambungan rel kereta api dibuat dengan renggang, agar terdapat ruang untuk pemuaian rel di siang hari. Hal ini dilakukan untuk mencegah agar rel
4
kereta tidak melengkung ketika memuai karena dapat membahayakan perjalanan kereta api.
Sambungan jembatan baja dan konstruksi baja bangunan Di antara sambungan baja pada jembatan dan konstruksi bangunan selalu dibuat celah, karena celah itu dipergunakan untuk memberikan ruang bagi pemuaian di siang hari.
Kabel telepon atau listrik Kabel telepon atau listrik yang dipasang di antara dua tiang selalu dibuat kendor , untuk mencegah agar kabel tidak putus ketika terjadi penyusutan di malam hari karena turunnya suhu.
Pemuaian kaca jendela Ukuran bingkai jendela selalu dibuat sedikit lebih besar daripada ukuran kaca. Hal ini terjadi dimaksudkan untuk memberi ruang bagi pemuaian kaca di siang hari. Jika tidak ada ruang untuk pemuaian maka, kaca bisa pecah saat terjadi pemuaian.
III.ALAT III. ALAT DAN BAHAN
1. Satu set peralatan muai panjang 2. Termometer 3. Kompor listrik 4. Alat ukur (mistar dan jangka sorong)
Gambar1. Set up peralatan muai panjang
5
IV. PROSEDUR KERJA
1. Semua peralatan dipasang seperti tampak pada gambar. Pastikan logam uji terjepit dengan kuat. 2. Panjang logam mula-mula Lo diukur. 3. Skala pertambahan panjang diletakkan pada klem penyiku logam, pastikan skala pertambahan panjang dapat berputar dengan bebas dan titik nol pengukuran ditentukan. 4. Logam pada pemanas atau kompor listrik dipanaskan. Pastikan logam mendapat pemanasan secara langsung. 5. Secara berkala, misalkan setiap 2 menit, temperatur batang logam dicatat dan pertambahan panjang ∆ L dibaca. Pemanas dimatikan jika temperatur dimatikan jika temperatur batang logam tidak bertambah lagi. 6. Grafik hubungan antara pertambahan panjang dengan ∆ L dibuat, sebagai fungsi dari perubahan temperatur ∆T . Kemiringan grafik diukur dan koefisien muai panjang α dihitung.
V. HASIL PENGAMATAN
a. Data awal: Jenis logam
: besi
Panjang awal (L0) : 56 cm Temperatur ruang : 29 C No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Temperatur Batang ( 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38
C )
T
Pembacaan skala
l
0 1 1 1 1 1 1 1 1 1
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
b. Data awal: Jenis logam
: aluminium 6
Panjang awal (L0) : 61 cm Temperatur ruang : 27 C
No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Temperatur Batang ( 29 45 56 59 60 67 74 77 81 85
C )
T
Pembacaan skala
l
0 16 11 3 1 7 7 3 4 4
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
VI. PERHITUNGAN
Perhitungan data untuk koefisien pemuaian panjang ( ) Diketahui:
Ditanya : Jawab
L0 = 56 cm = 0,56 m l
=0m
T
= 1
…..?
: l .l 0 .T
l
l0
=
l.
T l0
= 0.
1 0,56
=0m
T
Dengan cara yang sama diperoleh : No 1 2 3 4 5 6 7 8
T
C
l
L0
0 1 1 1 1 1 1 1
0 0 0 0 0 0 0 0
0,56 0,56 0,56 0,56 0,56 0,56 0,56 0,56
0 0 0 0 0 0 0 0
7
9 10
1 1
0 0
0,56 0,56
0 0
Dengan cara yang sama untuk jenis logam aluminium diperoleh : No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
T
C
l
0 16 11 3 1 7 7 3 4 4
L0 0,61 0,61 0,61 0,61 0,61 0,61 0,61 0,61 0,61 0,61
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
VII. RALAT KERAGUAN
Pada logam besi
Pertambahan panjang
No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
l
l
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
( l )
1 2
( skalaterkecil )
Ralat nisbi =
(l )
1 2
.0 0
.100% 0.100% 0%
l
Kebenaran praktikum = 100% - 0 % = 100 %
8
Pertambahan suhu
No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
( T )
T
T
0 1 1 1 1 1 1 1 1 1
0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9
1 2
( skalaterkecil )
Ralat nisbi =
(T )
1 2
.100%
T
.1C 0,5C
0,5 0,9
0,56.100 % 56%
Kebenaran praktikum = 100% - 56 % = 44 %
Pada logam aluminium
Pertambahan panjang
No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ( l )
l
l
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
1 2
( skalaterkecil )
Ralat nisbi =
(l )
1 2
.0 0
.100% 0.100% 0%
l
9
Kebenaran praktikum = 100% - 0 % = 100 %
Pertambahan suhu
No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 (T )
T
T
0 16 11 3 1 7 7 3 4 4
5,6 5,6 5,6 5,6 5,6 5,6 5,6 5,6 5,6 5,6
1 2
( skalaterkecil )
Ralat nisbi =
(T )
1 2
.100%
T
.1C 0,5C
0,5 5,6
0,089 .100 % 8,9%
Kebenaran praktikum = 100% - 8,9 % = 91,1% VIII. GRAFIK
GRAFIK ANTARA ∆L DAN ∆T
UNTUK BESI ) 1.2 T ∆ 1 ( R0.8 U T 0.6 A R E 0.4 P M0.2 E T 0 N A H A B U R
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
PERTAMBAHAN PANJANG (∆L)
10
GRAFIK ANTARA ∆L DAN ∆T
UNTUK ALUMINIUM 20
R U T 15 A R E 10 P M E ) T T 5 ∆ N ( A 0 H A B U R E P
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
PERTAMBAHAN PANJANG (∆L)
IX. PEMBAHASAN
Pemuaian Panjang adalah bertambahnya ukuran panjang suatu benda karena pengaruh perubahan suhu atau bertambahnya ukuran suatu benda karena menerima kalor. Praktikum Pemuaian Panjang kali ini bertujuan untuk menjelaskan pengaruh perubahan temperatur terhadap bahan terutama logam serta mengukur besarnya koefisien pemuaian panjang material. Praktikum pemuaian panjang kali ini menggunakan logam yaitu besi dan aluminium. Untuk percobaan I logam yang dipergunakan adalah besi. Percobaan ini dimulai dengan o
mengukur panjang awal ( lo) logam besi yaitu 0,56 m, dengan suhu awal yaitu 29 C. Besi dipanaskan dengan menggunakan spiritus. Pada percobaan pertama hingga percobaan ke sepuluh yang mengambil interval waktu selama 2 menit, setiap percobaannya mengalami o membuktikan adanya penyerapan kalor atau panas pada pada perubahan suhu (∆t) sebesar 1 C, hal ini membuktikan
logam. Akan tetapi, pertambahan panjang pada logam besi tidak terjadi
Besi merupakan benda
yang memiliki molekul yang lebih padat dibandingkan dengan aluminium, hal ini menyebabkan besi sulit untuk mengalami pemuaian. Kemudian dilakukan perhitungan koefisien muai panjang dengan menggunakan rumus
l .l 0 .T ,dimana
koefisien muai
panjang yang diperoleh adalah nol. Sehingga kebenaran praktikum yang diperoleh untuk pertambahan panjang yaitu 100%, sedangkan untuk pertambahan suhu kebenaran praktikum diperoleh sebesar 44%. Untuk percobaan II logam yang dipergunakan adalah aluminium. Untuk percobaan I logam yang dipergunakan adalah aluminium. Percobaan ini dimulai dengan mengukur
11
o
panjang awal ( lo) logam aluminium yaitu 0,61 m, dengan suhu awal yaitu 27 C.
Besi
dipanaskan dengan menggunakan spiritus. Pada percobaan pertama hingga percobaan ke sepuluh yang mengambil interval waktu selama 2 menit, setiap percobaannya mengalami perubahan suhu (∆t), hal hal i ni membuktikan membuktikan adanya penyerapan kalor kalor atau panas pada logam. logam. Akan tetapi, pertambahan panjang pada logam aluminium tidak terjadi sama halnya dengan logam besi.
Aluminium merupakan benda yang memiliki molekul yang lebih renggang dibandingkan dengan besi, hal ini menyebabkan seharusnya aluminum lebih mudah untuk mengalami pemuaian. Kemudian dilakukan perhitungan koefisien muai panjang dengan menggunakan rumus
l .l 0 .T ,dimana
koefisien muai panjang yang diperoleh adalah nol. Sehingga
kebenaran praktikum yang diperoleh untuk pertambahan panjang yaitu 100%, sedangkan untuk pertambahan suhu kebenaran praktikum diperoleh sebesar 91,1%. Besi merupakan logam yang lebih padat, hal ini menyebabkan besi lebih sulit untuk mengalami pemuaian dibandingkan dengan aluminium. Pertambahan panjang yang tidak didapatkan dalam percobaan ini disebabkan oleh beberapa faktor yaitu yaitu dipengaruhi oleh pemanasan yang tidak konstan/pemberian kalor yang kurang besar atau dapat juga karena alat yang digunakan kurang bekerja dengan baik, serta kemungkinan karena kurang adanya ketelitian praktikan dalam melakukan percobaan ini.
X. KESIMPULAN
1. Pemuaian adalah bertambahnya ukuran suatu benda karena pengaruh perubahan suhu atau bertambahnya ukuran suatu benda karena menerima kalor. 2. Pemuaian panjang adalah bertambahnya ukuran panjang suatu benda karena menerima kalor. 3. Faktor-faktor yang mempengaruhi pemuaian panjang adalah panjang awal benda, koefisien muai panjang dan besar perubahan suhu. Koefisien muai panjang suatu benda sendiri dipengaruhi oleh jenis benda atau jenis bahan 4. Koefisien pemuaian panjang yang diperoleh untuk bahan baik besi maupun aluminium adalah nol, hal ini disebabkan karena tidak terjadinya pertambahan panjang. 5. Hubungan
antara
pertambahan
panjang
dengan
suhu
yaitu
semakin
besar
pertambahan panjang yang diperoleh, maka semakin besar pula suhunya. 12
6. Kebenaran praktikum yang diperoleh untuk pertambahan panjang pada besi maupun aluminum diperoleh sebesar 100%, sedangkan untuk pertambahan suhu kebenaran praktikum yang diperoleh yaitu 44 % dan untuk bahan aluminium kebenaran praktikum pertambahan suhu diperoleh sebesar 91,1%
13
