KOEFISIEN MUAI THERMAL Adi Arif Wijaya (16050019), Produksi Garmen, Politeknik Politekni k STT Tekstil Bandung E-Mail :
[email protected] Phone: 082176631812
Abstrak
Pemuaian adalah bertambahnya ukuran suatu benda karena pengaruh perubahan suhu. Praktikum mengenai pemuaian zat ini bertujuan agar praktikan dapat mengetahui bahwa pemuaian zat padat akan terjadi jika suhu dinaikkan dan agar dapat menentukan besar pemuaian zat padat pada logam yang jenis bahannya berbeda namun memiliki ukuran yang sama jika suhunya dinaikkan. Pada praktikum ini digunakan logam kuningan dan aluminium untuk dicari besar koefisien pemuaia pemuaiannya. nnya. Dalam beberapa kegiatan kita sering menemukan kasus pemuaian yang sering kita abaikan,salah satu contoh suatu pelat besi jika dipanaskan oleh suhu tertentu akan mengalami ekspansitermal, sehingga terjadi perubahan panjang. Agar besi mengalami penyusutan maka dapat dilakukan kompresibilitas dengan memberikannya tekanan. Perubahan bentuk suatu materi yang diakibatkan suhu dan tekanan dapat menentukan karakteristik suatu bahan.
PENDAHULUAN Pemuaian zat padat adalah bertambahnya bertambahnya ukuran suatu benda karena pengaruh perubahan suhu atau bertambahnya bertambahnya ukuran suatu benda karena menerima kalor. Pemuaian pada zat padat ada 3 jenis yaitu pemuaian panjang, pemuaian luas, pemuaian volume. Koefisien muai panjang biasanya dihituing berdasarkan persamaan empiris antara rapat massa dan suhu pada tekanan konstan. Jika metode ini tidak memungkinkan digunakan metode optic yang melibatkan faktor intenferensi cahaya koefisien muai panjang tidak bebas pengaruh perubahan dari tekanan. Semua benda akan mengalami pertambahan ukuran apabila terjadi kenaikan suhu. Jika benda itu berwujud batang atau kawat maka yang penting adalah perubahan panjang akibat kenaikan suhu. Koefisien muai panjang suatu bahan dapat didefinisikan sebagai perubahan relatif panjang per derajat derajat kenaikan kenaikan suhu.
TUJUAN
Pemuaian adalah bertambahnya ukuran suatu benda karena pengaruh perubahan suhu atau bertambahnya ukuran suatu benda karena menerima kalor. Sebagian besar zat akan memuai bila dipanaskan dan menyusut ketika didinginkan. Bila suatu zat dipanaskan (suhunya dinaikkan) maka molekul-molekulnya akan bergetar lebih cepat dan amplitudo getaran akan bertambah besar, akibatnya jarak antara molekul benda menjadi lebih besar dan terjadilah pemuaian. Pemuaian adalah bertambahnya ukuran benda akibat kenaikan suhu zat tersebut. Pemuaian dapat terjadi pada zat padat, cair, dan gas. Pemuaian Zat Padat Pada umumya benda yang berwujud (zat padat) akan bertambah panjangnya dengan meningkatnya suhu seperti alumunium dan sebagainya. Apabila sebatang logam pada suhu T1 mempunyai panjang Lo akibat dipanaskan suhu menjadi T2, panjangnya akan bertambah menjadi menjadi Lt.
1. Mampu menggunakan teori ralat dalam melakukan eksperimen serta mengerti cara penulisan ilmiah. ilmiah.
Rumus umum untuk muai panjang di nyatakan sbb: Lt= Lo (1+α∆T)
2. Dapat menggunakan percobaan koefisien muai termal untuk menentukan konstanta muai termal suatu bahan.
Keterangan : Lt= panjang setelah dipanaskan dipanaskan Lo= panjang mula-mula
DASAR TEORI
α= koefisian muai panjang
∆T= perbedaan suhu Koefisien muai panajang suatu benda adalah perbandingan antara pertambahan panjang terhadap panjang awal benda persatuan kenaikan suhu . Jika suatu benda padat dipanaskan maka benda tersebut akan memuai kesegala arah,denagn kata lain ukuran panjang bertambahnya ukuran panjang suatu benda karena menerima kalor.alat untuk membandingkan muai panjang dari berbagai logam adalah maschen brock.ketika tiga batang logam yang berbeda jenis (tembaga,almunium,besi) dan sama panjang walaupun panjang dari ketiga logam sama dengan mengalami kenaikan suhu yang sama.tetapi pertambahan panjangnya berbeda. Peristiwa yang mengikuti penambahan temperatur pada bahan adalah perubahan ukuran dan keadaanya.keadaan temperatur akan mengakibatkan terjadinya penambahan jarak rata-rata atom bahan. Hal ini mengakibatkan terjadinya pemuaian (ekspensi) pada seluruh padatan tersebut. Perubahan pada dimensi linier disebut sebagai muai linier, jika penambahan temperatur ΔT adalah penambahan panjang ΔT, untuk penambahan temperatur yang kecil, maka pertambahan panjang pada tempertur (lt) akan sebanding dengan perubahan temperatur dengan panjang muai. (Lo). 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 koofisien muai volumenya sama dengan 1/273. Pemuaian panjang Pemuainan panjang adalah bertambahnya ukuran panjang suatu benda karena menerima kalor. Pada pemuaian panjang nilai lebar dan tebal sangat kecil dibandingkan dengan nilai panjang benda tersebut. 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. Bila ingin menentukan panjang akhir setelah pemanasan maka digunakan persamaan sebagai berikut : Koefisien muai panjang berbagai jenis zat padat No
Jenis zat Koefisin muai
panjang ( /0C )
1
Aluminium
0,000024
2
Perunggu
0,000019
3
Baja
0,000011
4
Tembaga
0,000017
5
Kaca
0,000009
6
Pirek
0,000003
7
Berlian
0,000001
8
Grafit
0,000008
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. 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 muai luas besarnya sama dengan 2 kali koefisien muai panjang. 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. Volume
merupakan bentuk lain dari panjang dalam 3 dimensi karena itu untuk menentukan koefisien muai volume sama dengan 3 kali koefisien muai panjang.
1.
0
28,80
2.
0,09
66,40
METODE EKSPERIMEN
ALAT DAN BAHAN
Alat dan bahan yang dipakai pada eksperimen ini adalah :
. ∆£ ∆L = . ∆£ ∆L = 1
, . 0 ,
=
1. Seperangkat alat koefisien muai panjang 2. Batang uji 3. Alat ukur suhu bahan 4. Thermometer dan pemanas 5. Alat tulis
= 0 cm
∆L2 = =
SKEMA PERCOBAAN
. ∆£
, . 0,09 ,
= 0,0039 cm
1. Dihitung panjang logam awal Lo dan suhu awal To. 2. Dipanaskan logam hingga suhu maksimum (diihat suhu thermometer 100oC) dan logam mengalami perubahan panjang. 3. Diukur besar pertambahan panjang ∆L = ∆₤
4. Dicatat pertambahan panjang ∆L dan juga pertambahan suhu ∆T saat suhu maksimum kemudian diamati perubahan suhu dan penyusutan kembali panjang. 5. Dapat digunakan persamaan (1) untuk menentukan koefisien muai panjang dengan cara membuat plot grafik. 6. Dicobakan untuk jenis batang lain. HASIL DAN PEMBAHASAN
1. Logam 1 (Aluminium)
L0 = (60,10 ± 0,05) cm T0 = (28,80 ± 0,05) oC
∆L (cm)
∆L2 (cm)
1.
0
0
2.
0,0039
0,000015
No.
∑(∆L)2 =
∑∆L2 =
(0,0039)2 =
0,000015
0,000015
)−∑∆ (∑∆ ∆∆L = . − ,− , = . −
. √ 0
d = (1,87 ± 0,005 ) cm
=
r = (0,94 ± 0,005 ) cm
= 0 cm.
R= ( 21,90 ± 0,05 ) cm
Tabel data percobaan No.
∆£ (± 0,05 cm)
T ( ± 0,05 OC)
∆ 0
∆ = = 0 cm , ∆ = , = 6,49 × 10 ,
∣,8−,∣ +∣,−,∣ ∣,∣+∣−,∣ = , = =
-5
cm
Tabel-1 T (oC)
No.
∆T (oC)
∆. 10−
∆L (cm)
1.
28,80
0
0
0
2.
66,40
37,60
0,0039
6,49
Grafik- 1 terlampir
∆Mgrad = 0,01 Dengan menggunakan persamaan
∆
∆T, maka dapat ditentukan bahwa aluminium adalah besar M = 0,17 × 10− ( C) hasil dari literature (Halliday,1997) adalah aluminium 2,4 × 10− ( C) . Hasil (1), yaitu
=
o
gradien
o
-1
-1
eksperimen dan literature memperlihatkan
∆ = T
akhir – T0
hasil
o
yang
sedikit
berbeda
karena
praktikan
dalam
o
= 66,40 C – 28,80 C
kurangnya
ketelitian
o
= 37,60 C Untuk menentukan nilai
adalah besar
Mgradien dapat dilakukan :
∆ = ∆T , = . 37,60 ,
menentukan suhu.
2. Logam 2 (Kuningan)
L0 = (60,60 ± 0,05) cm T0 = (28,90 ± 0,05 ) oC
o
C
− 6,49× 10 = 37,60 = 0,17 × 10−( C) = Mgradien : = 0,17 × 10−( C)
d = (1,87 ± 0,005) cm
6,49 × 10 -5 = . 37,60 oC
o
,× ,
= 0,18 × M2 =
10−( C) o
Tabel data percobaan
,× ,
o
No.
∆£ (± 0,05 cm)
T ( ± 0,05 OC)
1.
0
28,90
2.
0,14
34,10
-1
-1
= 0,16 × 10− ( C)
-1
∆Mgrad
=
R = (21,90 ± 0,05 ) cm
-1
o
M1 =
r = (0,94 ± 0,005) cm
∣−∣ + ∣−∣
. ∆£ ∆L = . ∆£ ∆L = 1
=
, . 0 ,
= 0 cm
. ∆£
∆L2 = =
∆ = T
, . 0,14 ,
akhir – T0
= 34,10 oC – 28,90 oC
= 0,006 cm
= 5,20 oC Untuk menentukan nilai
∆L (cm)
∆L2 (cm)
1.
0
0
2.
0,006
0,000036
No.
∑(∆L)2 =
Mgradien dapat dilakukan :
∆ = ∆T , = . 3,70 ,
C
− 9,90× 10 = 5,20 = 1,90 × 10−( C) = Mgradien : = 1,90 × 10−( C)
0,000036
0,000036
o
9,90 × 10 -5 = . 3,70 oC
∑∆L2 =
(0,006)2 =
o
-1
o
(∑∆)−∑∆
− ,− , = . − ∆∆L = .
adalah besar
-1
, × M1 = , = 2×
10−( C) o
-1
, × M2 = ,
= . √ 0
= 1,80×
= 0 cm.
10−( C) o
-1
∆Mgrad
∣−∣ + ∣−∣ ∣ −, ∣ + ∣ ,8−, ∣ = ∣,∣+∣−,∣ = , =
∆ 0
=
∆ = = 0 cm , ∆ = , = 9,90 × 10 ,
-5
cm
Tabel-1 No.
T (oC)
∆T (oC)
∆L (cm)
∆. 10−
1.
28,90
0
0
0
2.
34,10
5,20
0,006
9,90
∆Mgrad = 0,1 Dengan menggunakan persamaan (1),
yaitu
∆L = α ∆T Lo
ditentukan bahwa α
maka
dapat
tembaga
adalah
Mgradien = 1,90 x 10 -5 (0C) Grafik- 2 terlampir
-1
..
hasil dari
literatur (Halliday, 1997) adalah
α
°C)
1,90 x 10-5 (
tembaga adalah α = Hasil
eksperimen
dan
-1.
literature
memperlihatkan hasil yang tidak jauh berbeda. KESIMPULAN
Telah dipelajari cara menggunakan ralat secara pengukuran koefisien
tunggal muai
untuk
logam
menghitung
alumunium
dan
kuningan. Hasil eksperimen dan literature memperlihatkan sebagai berikut besar Mgradien aluminium = 0,17 ×
adalah
10−( C) o
-1
hasil dari literature (Halliday,1997) adalah aluminium 2,4 ×
10−( C) . Dan kuningan o
-1
adalah besar M gradien = 1,90 x 10 -5 (0C) -1 hasil dari
literature
(Halliday,1997)
adalah
kuningan 1,90 × 10-5 (oC)-1. Hasil dari literature memperlihatkan hasil yang tidak jauh berbeda. DAFTAR PUSTAKA
Rahmaw, Melina. 2013. LAPORAN P
Lampiran
RAKTIKUM FISIKA DASAR MUAI PANJANG BENDA PADAT. (online) Tersedia : https://melinarahmaw15.wordpress.com /bahan-kuliah/fisika-dasar/laporan praktikum-fisika-dasar-muai-panjang benda-padat/ [2016, Desember 16] Gpravitri, Tika. 2014. Pemuaian zat padat (online) Tersedia : http://tikagpravitri.blogspot.co.id/2014/ 12/pemuaian-zat-padat.html [2016, Desember 16]
