Bab 4. Suhu dan Perubahannya (Materi 2 : Pemuaian)

Kompetensi Dasar :

Pengetahuan

3.4 Memahami konsep suhu, pemuaian, kalor, perpindahan kalor, dan penerapannya dalam kehidupan sehari-hari termasuk mekanisme menjaga kestabilan suhu tubuh pada manusia dan hewan.

Keterampilan

4.4 Melakukan percobaan untuk menyelidiki pengaruh kalor terhadap suhu dan wujud benda serta perpindahan kalor.

Tujuan Pembelajaran :

Setelah mengikuti proses pembelajaran daring, peserta didik dapat :

1. Menjelaskan pemuaian zat padat, cair, dan gas dengan benar.

2. Melakukan perhitungan pemuaian zat padat, zat cair, dan gas dengan benar.

Assalamualaikum Wr. Wb
Anak-anak, sebelum kita belajar IPA hari ini, jangan lupa untuk berdoa terlebih dahulu. Dengan doa dan upaya kalian yang sungguh-sungguh, Pak Arief yakin kalian akan mampu menguasai materi hari ini. Berikut Peta Konsep materi yang akan kita pelajari.

PETA KONSEP

APERSEPSI

Sebelum melanjutkan membaca ringkasan materi, silakan disimak dulu video berikut ini untuk memberikan gambaran mengenai materi yang akan kita pelajari.

RINGKASAN MATERI

A. Pengertian Pemuaian

Apabila kita perhatikan di lingkungan sekitar kita misalnya aspal yang retak pada saat siang hari, sambungan rel yang dibuat agak renggang, pemasangan kaca yang juga diberi jarak maka akan muncul pertanyaan mengapa dibuat demikian? Hal ini adalah sangat berkaitan dengan pemuaian dan penyusutan suatu benda. Pada umumnya pemuaian pada suatu benda akan terjadi pada saat panas, sedangkan pada saat dingin maka akan terjadi penyusutan. Berikut ini, kita akan mempelajari mengenai sifat pemuaian dan penyusutan yang terjadi pada zat padat, cair dan pada zat gas.

• Pemuaian adalah bertambahnya ukuran suatu benda karena pengaruh perubahan suhu atau bertambahnya ukuran suatu benda karena menerima kalor. 
• Suatu zat pada umumnya akan memuai jika dipanaskan dan akan menyusut jika didinginkan. 
• 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. 

B. Pemuaian Panjang

• Pemuaian 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 sehingga lebar dan tebal dianggap tidak ada. 
• 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. Berikut tabel koefisien muai panjang beberapa jenis bahan :

• Alat yang digunakan untuk menyelidiki pemuaian panjang berbagai jenis zat padat adalah musschenbroek.

Alat Mussenbroek

• Contoh pemuaian panjang : kawat yang dipanaskan, bimetal, rel kereta, kabel listrik.

Rumus 
Perubahan/pertambahan panjang :

Panjang akhir setelah dipanaskan :

Keterangan :

C. 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. 
• Pemuaian luas suatu benda dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu luas awal benda, koefisien muai luas dan besar perubahan suhu.
• Karena pemuaian luas itu merupakan pemuaian panjang yang ditinjau dari dua dimensi maka koefisien muai luas besarnya sama dengan 2 kali koefisien muai panjang. 
• Contoh pemuaian luas : kaca jendela, lempengan logam yang dipanaskan.

Rumus 
Perubahan/pertambahan luas :

Luas akhir setelah dipanaskan :

Keterangan :

D. Pemuaian Volume

• Pemuaian volume adalah pertambahan ukuran volume suatu benda karena menerima kalor. 
• Pemuaian volume terjadi benda yang mempunyai ukuran panjang, lebar dan tebal. 
• Pemuaian luas suatu benda dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu luas awal benda, koefisien muai luas dan besar perubahan suhu.
• Volume merupakan bentuk lain dari panjang dalam 3 dimensi karena itu untuk menentukan koefisien muai volume sama dengan 3 kali koefisien muai panjang. 
• Contoh pemuaian volume : air, udara, balon yang dipanaskan, gas elpiji (atau gas lainnya).

Rumus 
Perubahan/pertambahan volume :

Volume akhir setelah dipanaskan :

Keterangan :

CATATAN : 

Rumus yang digunakan untuk pemuaian panjang, pemuaian luas dan pemuaian volume suatu benda sebenarnya tidak jauh berbeda. Hanya saja berbeda pada lambangnya saja. 

E. Contoh Pemuaian dalam Kehidupan Sehari-hari

1. Pemasangan kaca jendela

• Tukang kayu dalam melakukan rancangan ukuran bingkai jendela sedikit lebih besar daripada ukuran yang sebenarnya. 
• Hal ini ditujukan untuk memberi ruang kaca pada waktu terjadi pemuaian. Jika desain jendela tidak diberi ruangan untuk pemuaian, maka pada waktu kaca memuai akan mengakibatkan terjadinya retak pada kaca tersebut.

2. Celah pemuaian pada sambungan jembatan

• Pada jembatan, biasanya kita melihat adanya sambungan/celah antara 2 sambungan.
• Tujuan dari adanya celah tersebut adalah supaya jembatan tersebut tidak melengkung pada waktu terjadi pemuaian.

3. Sambungan rel kereta api

• Terdapat celah antara batang rel kereta api, tujuannya dibuat celah adalah supaya pada waktu terjadi pemuaian tidak terjadi lengkungan pada relnya.

4. Kawat telepon atau kawat listrik

• Kabel listrik akan tampak kencang pada malam hari dan tampak kendur pada siang hari.
• Kabel tersebut mengalami pemuaian akibat terkena panas dari sinar matahari.
• Pemasangan pada kawat telepon atau kawat listrik sengaja dibiarkan supaya kendor pada waktu pemasangannya. Tujuannya adalah pada waktu malam hari kawat telepon atau listrik akan mengalami penyusutan, oleh karenanya kawat tersebut tidak menjadi putus.

5. Keping bimetal

• Dua keping logam yang memiliki koefisien muai panjang berbeda dikeling menjadi satu disebut keping bimetal. 
• Pada keping bimetal peka terhadap perubahan suhu yang terjadi. 
• Apabila keping bimetal dilakukan pemanasan, maka akan melengkung ke arah logam yang angka koefisien muai panjangnya kecil. 
• Apabila didinginkan, maka keping bimetal akan melengkung ke arah logam yang angka koefisien muai panjangnya besar.

CONTOH SOAL

1. Sebuah benda yang terbuat dari baja memiliki panjang 1000 cm. Berapakah pertambahan panjang baja itu, jika terjadi perubahan suhu sebesar 50°C?
Penyelesaian:

Diketahui :
L0 = 1000 cm
∆T = 50 °C
α = 0,000012 /°C (lihat di tabel koefisien muai panjang)
Ditanyakan : ∆L = ...?
Jawab:
∆L = α L0 ∆T

∆L = 0,000012 × 1000 × 50

∆L = 0,6 cm

Jadi, pertambahan panjang benda tersebut sebesar 0,6 cm.

2. Sebatang baja bersuhu 20^oC memiliki panjang 40 cm. Koefisien muai panjang baja 0,00001 /^oC. Pertambahan panjang baja dan panjang akhir baja pada suhu 70^oC adalah…..

Penyelesaian

Diketahui :

Pertambahan suhu (ΔT) = 70^oC – 20^oC = 50^oC

Panjang awal (L0) = 40 cm

Koefisien muai panjang baja (α) = 0,00001 /^oC

Ditanyakan : Pertambahan panjang (ΔL) dan panjang akhir (L) ?

Jawab :
a) Pertambahan panjang (ΔL)
ΔL = α L0 ΔT
ΔL = 0,00001 × 40 × 50

ΔL = 0,02 cm

b) Panjang akhir (L)

L = L0 + ΔL

L = 40 cm + 0,02 cm
L = 40,02 cm

3. Pada suhu 30oC sebuah pelat besi luasnya 10 m2. Apabila suhunya dinaikkan menjadi 90oC dan koefisien muai panjang besi sebesar 0,000012/oC, maka tentukan luas pelat besi tersebut !

Penyelesaian:
Diketahui:
Luas awal (A0) = 10 m2
Suhu awal (T0) = 30oC
Suhu akhir (T) = 90oC
Perubahan suhu :  ∆T = T – T0 = 90 – 30 = 60oC
α = 0,000012/oC
β = 2α = 2 × 0,000012/oC = 0,000024/oC
Ditanyakan: A = …?
Jawab:

a) Kita cari pertambahan luas (ΔA) dulu :
ΔA = β A0 ΔT 

ΔA = 0,000024 × 10 × 60

ΔA = 0,0144 m2

b) Kemudian baru dicari luas akhir setelah dipanaskan (A) :

A = A0 + ΔA

A = 10 + 0,0144 

A = 10,0144 m2
Jadi, luas pelat besi setelah dipanaskan adalah 10,0144 m2

4. Sebuah bejana memiliki volume 1 liter pada suhu 25oC. Jika koefisien muai panjang bejana 0,00002 /oC, maka tentukan volume bejana pada suhu 75oC !

Penyelesaian:
Diketahui:

α = 0,00002/oC

γ = 3α = 3 × 0,00002 /oC = 0,00006 /oC
∆T = 75oC – 25oC = 50oC
V0 = 1 L
Ditanyakan: V = …?
Jawab:

a) Kita cari pertambahan volume (ΔV) dulu :
ΔV = γ A0 ΔT 

ΔV = 0,00006 × 1 × 50

ΔV = 0,003 liter

b) Kemudian baru dicari volume akhir setelah dipanaskan (V) :

V = V0 + ΔV

V = 1 + 0,003 

V = 1,003 liter

Jadi, volume bejana setelah dipanaskan adalah 1,003 liter.

PENUGASAN MANDIRI

• Tugas dikerjakan di buku tugas kemudian difoto.
• Tugas dikumpulkan melalui WA ke nomor HP Pak Arief maksimal 1 hari setelah pemberian tugas.
• Jangan lupa sampaikan salam dan perkenalkan diri dulu saat mengirimkan tugas.

Soal Latihan :

1. Seutas kawat aluminium pada pagi hari yang bersuhu 20oC mempunyai panjang 2 m. Jika koefisen muai panjangnya 0,000024 /oC, maka tentukan pertambahan panjang dan panjang akhirnya di siang hari yang bersuhu 30oC !

2. Selembar baja pada suhu 20oC memiliki panjang 50 cm dan lebar 20 cm. Jika koefisien muai panjang baja 0,00001 /oC ,maka tentukan pertambahan luas baja tersebut pada suhu 60oC !

3. Sebuah bola pejal (tanpa rongga) terbuat dari besi yang memiliki koefisien muai panjang 0,000012 /oC . Volume bola itu 200 cm3 pada suhu 0 oC. Jika bola besi itu dipanaskan hingga 100 oC, maka tentukan perubahan volume dan volume akhirnya !

~ Tetap Semangat Belajar IPA #dirumahaja ~