Pemuaian zat

Bagaimanakah konsep pemuaian zat (pemuaian panjang, pemuaian luas, pemuaian volume)? Pada kajian kali ini, kita akan membahas tentang pemuaian zat. Konsep pemuaian tidak akan terlepas dengan konsep materi atau zat. Zat atau materi pada dasarnya dibagi menjadi tiga jenis yaitu padat, cair, dan gas. Pemuaian itu sendiri dibagi kedalam tiga jenis yaitu pemuaian zat zat padat, pemuaian zat cair, dan pemuaian gas. Setiap materi tersebut akan mengalami perubahan jarak antar molekulnya ketika terjadi perubahan suhu, baik itu menjadi lebih rendah atau lebih tinggi. Ketika suatu zat mengalami perubahan panjang, luas, dan volume akibat perubahan suhu, zat tersebut dikatakan mengalami pemuaian. Untuk lebih singkatnya pahamilah penjelasan beberapa konsep di bawah ini yang dilengkapi dengan contoh soal dan pembahasan.

Pemuaian Satu Dimensi (pemuaian panjang): Konsep pemuaian satu dimensi berkaitan dengan meninjau benda hanya memiliki ukuran panjang saja, lebar saja, atau tinggi saja. Tetapi pada umumnya lebih menekankan pada benda yang hanya memiliki ukuran panjang saja, sedangkan yang lainnya diabaikan. Ada beberapa faktor yang mempengaruhi pertambahan panjang benda yaitu panjang awal benda, koefisien muai panjang, dan perubahan suhu yang terjadi pada benda. Jika dinyatakan dalam persmaan matematika dapat dirumuskan sebagai berikut ini


Delta L (ΔL) menunjukkan pertambahan atau pengurangan panjang, Lo menunjukkan panjang awal, α menunjukkan koefisien muai linier, dan delta T (ΔT) adalah perubahan suhu. Untuk memahami penggunaan persamaan ini, perhatikan beberapa contoh di bawah ini.

Kaji-1: Pajang sebuah batang besi pada suhu 20 oC adalah 10 meter. Jika koefisien muai panjang besi 1.1 x 10-5/C. Tentukanlah pertambahan panjang dan pangjang akhir batang besi tersebut jika suhunya dinaikkan menjadi 100 oC.

Jawab:
Besaran yang diketahui.


Pertambahan panjang batang besi dapat dihitung dengan persamaan di atas.




Panjang akhir merupakan jumlah pertambahan panjang ditambah panjang awal.


Latih-1: Pajang sebuah batang besi pada suhu 10 oC adalah 10 meter. Jika koefisien muai panjang besi 1.1 x -5/C. Tentukanlah pertambahan panjang dan panjang akhir batang besi tersebut jika suhunya dinaikkan menjadi 80 oC.

Kaji-2: Sebuah batang tembaga (α = 1.7 x 10-5/C) adalah 20 cm lebih panjang daripaada batang Aluminium (α = 2.2 x 10-5/C). Berapa seharusnya batang tembaga jika perbedaan panjang keduanya bebas temperature?

Jawab:
Besaran yang diketahui.


Panjang awal batang tembaga dapat dihitung dengan rumus pertambahan panjang






Latih-2: Sebuah batang tembaga (α = 1.1 x 10-5/C) adalah 40 cm lebih panjang daripaada batang Aluminium (α = 2.2 x 10-5/C). Berapa seharusnya batang tembaga jika perbedaan panjang keduanya bebas temperature?

Kaji-3: Pada temperature 20 oC, sebuah bola baja (α = 1.1 x 10-5/C) memiliki diameter 0.9 cm, sementara diameter lubang pada pelat Aluminium (α = 2.2 x 10-5/C) adalah 0.8999 cm. Pada temperatur berapakah bola akan memasuki lubang?

Jawab:
Besaran yang diketahui.


Bola baja akan masuk ke lubang aluminium ketika panjang akhir diameter baja sama dengan Al




Latih-3: Pada temperature 30 oC, sebuah bola baja (α = 1.1 x 10-5/C) memiliki diameter 0.9 cm, sementara diameter lubang pada pelat Aluminium (α = 2.2 x 10-5/C) adalah 0.8999 cm. Pada temperatur berapakah bola akan memasuki lubang?

Pemuaian Dua Dimensi (Pemuian Luas): Konsep pemuaian benda dua dimensi berkaitan dengan pertambahan luas suatu benda. Misalnya, suatu lempengan besi dengan ketebalannya diabaikan karena jauh lebih kecil dari panjang dan lebar, mengalami kenaikan suhu sehingga ukuran panjang dan lebarnya bertambah. Dalam hal ini, lempengan tersebut mengalami pemuaian luas, yang berarti mengalami pertambahan luas. Ada tiga faktor utama yang mempengaruhi pertambahan luas suatu lempengan: Luas awal, koefisien muai luas (β=2α), dan perubahan suhu. Dalam bentuk persamaan matematis, pertambahan luas dapat ditulis:


Delta A (ΔA) menunjukkan pertambahan atau pengurangan luas, Ao menunjukkan luas awal, 2α menunjukkan koefisien muai luas, dan delta T (ΔT) adalah perubahan suhu. Untuk memahami penggunaan persamaan ini, perhatikan beberapa contoh di bawah ini.

Kaji-1: Sebuah lempengan Aluminium berbentuk persegi, panjang sisinya 50 cm dan suhunya 30 oC. Jika koefisien muai panjang Aluminium 25 x 10-6 C-1, tentukan luas persegi panjang jika suhunya menjadi 150 oC

Jawab:
Besaran yang diketahui.


Pertambahan luas dan luas akhir dari lempengan dapat dihitung sebagai berikut




Latih-1: Sebuah lempengan Aluminium berbentuk persegi, panjang sisinya 40 cm dan suhunya 20 oC. Jika koefisien muai panjang Aluminium 25 x 10-6 C-1, tentukan luas persegi panjang jika suhunya menjadi 150 oC

Kaji-2: Sebuah lempengan baja mempunyai ukuran 20 cm x 40 cm pada temperature 40oC. Ketika dipanaskan pada menjadi suhu tertentu, luas lempengan tersebut menjadi 800, 001 cm2. Tentukanlah suhu lempengan saat itu jika koefisien muai linier baja 10-5 C-1

Jawab:
Besaran yang diketahui.


Petambahan temperature dan temperature akhir dari lempengan dapat dihitung sebagai berikut




Latih-2: Sebuah lempengan baja mempunyai ukuran 10 cm x 40 cm pada temperature 40 oC. Ketika dipanaskan pada menjadi suhu tertentu, luas lempengan tersebut menjadi 400, 001 cm2. Tentukanlah suhu lempengan saat itu jika koefisien muai linier baja 10-5 C-1

Pemuaian Tiga Dimensi (Pemuian Volume): Konsep pemuaian benda tiga dimensi berkaitan dengan pertambahan volume suatu benda. Misalnya, suatu benda nyata akan memiliki ukuran panjang, lebar, dan tinggi (tebal), ketika mengalami kenaikan suhu, ketiga dimensi tersebut (panjang, lebar, dan tebal) bertambah. Dalam hal ini, lempengan tersebut mengalami pemuaian volume, yang berarti mengalami pertambahan volume. Ada tiga faktor utama yang mempengaruhi pertambahan luas suatu lempengan: volume awal, koefisien muai volume (Ƴ=3α), dan perubahan suhu. Dalam bentuk persamaan matematis, pertambahan luas dapat ditulis:


Delta V (ΔV) menunjukkan pertambahan atau pengurangan luas, Vo menunjukkan volume awal, 3α menunjukkan koefisien muai volume, dan delta T (ΔT) adalah perubahan suhu.

Jika diaplikasikan dalam pemuaian untuk zat cair, sering kali kita menemukan istilah volume tumpah. Bayangkan kita mempunyai air dalam bejana yang volumenya sama dengan bejana. Bejana tersebut kemudian dipanaskan, baik bejana dan air akan mengalami pemuaian akibat adanya pertambahan suhu. Ketika pemuaian bejana lebih besar dari pemuaian air, air tidak akan tumpah dari bejana karena volume akhirnya akan slelalu berada dibawah volume akhir bejana. Berbeda, ketika pertambahan volume air lebih besar dari pertambahan volume bcjana, dalam hal ini kita akan melihat air tumpah karena pertambahan volume melebihi pertambahan volume wadah. Secara matematika, kita dapat menuliskan persamaan volume tumpah dengan persamaan berikut


Vo adalah volume mula-mula, 3 adalah koefisien muai volume wadah, .. koefisien muai volume zat cair yang tumpah, dan delta T (ΔT) adalah perubahan suhu. Untuk memahami penggunaan dua persamaan di atas, perhatikan beberapa contoh di bawah ini.

Kaji-1: Sebutir peluru tembaga berbentuk bola memiliki jari-jari 3mm pada suhu 20oC. Jika koefisien muai panjang tembaga bernilai 1.7 x 10-5 C-1, tentukanlah volume tersebut jika dipanaskan hingga mencapai suhu 120oC

Jawab:
Besaran yang diketahui.


Volume awal peluru dan pertambahan volume peluru dapat dihitung sebagai berikut




Volume akhir peluru adalah


Latih-1: Sebutir peluru tembaga berbentuk bola memiliki jari-jari 3mm pada suhu 10oC. Jika koefisien muai panjang tembaga bernilai 1.7 x 10-5 C-1, tentukanlah volume tersebut jika dipanaskan hingga mencapai suhu 100oC

Kaji-2: Sebuah balok besi mempunyai ukuran 5cm x 10cm x 6cm ketika temperature berubah dari 15oC menjadi 45oC. Jika koefisien muai linier besi 10-5 C-1, tentukanlah pertambahan volume dan dan volume akhir besi

Jawab:
Besaran yang diketahui.


Pertambahan volume balok dan volume akhir balok adalah




Kaji-2: Sebuah balok besi mempunyai ukuran 4cm x 10cm x 5cm ketika temperature berubah dari 15oC menjadi 50oC. Jika koefisien muai linier besi 10-5 C-1, tentukanlah pertambahan volume dan dan volume akhir besi

Kaji-3: Sebuah tabung kaca diisi dengan dengan 1 Liter terpentin pada suhu 20oC. Tabung tersebut kemudian dipanaskan sampai mencapai suhu 86oC. Jika koefisien muai linier kaca 9.10-6 C-1 dan koefisien muai volume terpentin 97.10-5 C-1, tentukanlah volume terpentin ygng tumpah dari gelas!

Jawab:
Besaran yang diketahui.


Volume tumpah adalah selisih pertambahan volume cairan dengan pertambahan volume wadah




Latih-3: Sebuah tabung kaca diisi dengan dengan 2 Liter terpentin pada suhu 10oC. Tabung tersebut kemudian dipanaskan sampai mencapai suhu 96oC. Jika koefisien muai linier kaca 9.10-6 C-1 dan koefisien muai volume terpentin 97.10-5 C-1, tentukanlah volume terpentin ygng tumpah dari gelas!


Post a comment