Pengertian Pemuaian, Jenis dan Contoh Soal

Jika kamu pernah ke satatiun kamu pasti sering pernah melihat rel kereta api. Jika kamu perhatikan, pada sambungan rel terlihat longgar. Tahukah kamu kenapa rel kereta api dibuat longgar? Ya benar, supaya saat cuaca panas, rel kereta api tidak membengkok akibat pemuaian. Lalu apakah pemuaian itu? dan ada berapa jenisnya? Untuk menjawab pertanyaan berikut, mari kita lihat penjelasan berikut ini.

A. PENGERTIAN PEMUAIAN

Pemuaian adalah bertambah besarnya ukuran suatu benda karena kenaikan suhu yang terjadi pada benda tersebut. Hal ini menyebabkan benda-benda mendapatkan tambahan energi berupa kalor yang menyebabkan molekul-molekul pada benda tersebut bergerak lebih cepat.

B. JENIS PEMUAIAN

Pemuaian dibagi menjadi 3 jenis, yaitu pemuaian zat padat, pemuaian zat cair, dan pemuaian zat gas. Adapun penjelasan dari ketiga pemuaian tersebut adalah sebagai berikut:

1. Pemuaian Zat Padat

Pemuaian zat padat dibagi menjadi tiga jenis yaitu muai panjang, muai luas, dan muai volume. Perlu diketahui bahwa kita mengetahui mengetahui pemuaian zat padat menggunakan alat yang disebut muschen broek. Dari hasil eksperimen yang dihasilkan menunjukkan bahwa benda padat akan mengalami perubahan panjang, luas, dan volume.

a. Muai Panjang

Panjang benda ketika dipanaskan dapat dituliskan sebagai berikut:

∆L = lt-l0 = perubahan panjang (m)
lt = panjang akhir (m)

l0 = panjang mula-mula (m)

= koefisien linier/panjang (/⁰C)

∆T = Tt-T0 = perubahan suhu (⁰C)

Jika perubahan suhu bernilai negatif, maka perubahan panjangnya juga bernilai negatif, berarti panjang benda memendek atau menyusut.

b. Muai Luas

Apabila suatu benda berbentuk bidang atau luasan, misalnya bujur sangkar tipis, dipanaskan, maka bujur sangkar akan memuai pada kedua sisinya

∆A = At-A0 = perubahan panjang (m²)
At = luas akhir (m²)

A0 = luas mula-mula (m²)

= koefisien muai luas (/⁰C)

∆T = Tt-T0 = perubahan suhu (⁰C)

Jika perubahan suhu bernilai negatif, maka luas benda akan menyusut.

Pemuaian panjang benda di pengaruhi oleh beberapa faktor yaitu seperti panjang awal benda, koefisisien muai panjang, besar perubahan suhu dan jenis benda. Jenis benda atau bahan mempengaruhi koefisien muai panjang. Berikut ini beberapa jenis benda dan koefisien panjangnya

.

Gambar 1. Koefisien muai panjang beberapa jenis benda

c. Muai Volume

Apabila suatu benda berbentuk volume atau padatan, misalnya kubus yang dipanaskan, maka kubus tersebut akan memuai pada setiap sisinya.

∆V = Vt-V0 = perubahan panjang (m³)
Vt = volume akhir (m³)

V0 = Volume mula-mula (m³)

= koefisien muai volume

∆T = Tt-T0 = perubahan suhu (⁰C)

2. Pemuaian Zat Cair

Sebagai contoh, ketika kita memanaskan panci yang berisi penuh dengan air, pada suhu yang sangat tinggi, sebagian dari air tersebut memuai atau volumenya bertambah.

Semakin besar zat akan memuai secara beraturan terhadap penambahan suhu, akan tetapi air tidak akan mengikuti pola tersebut. Air pada suhu 0⁰C dipanaskan, volumenya menurun sampai mencapai suhu 4 ⁰C, kemudian suhu diatas 4 ⁰C air berperilaku norrmal dan volumenya memuai terhadap bertambahnya suhu. Sifat berperilaku nomal dan volumenya memuai terhadap bertambahnya suhu. Sifat pemuaian ini yang tidak teratur ini disebut anomali air. Air memiliki massa jenis yang paling tinggi pada suhu 4 ⁰C. Air juga memuai saat membeku menjadi es. Jenis benda atau bahan mempengaruhi koefisien muai volume. Berikut ini beberapa jenis zat cair dan koefisien volumenya.

Gambar 2. Koefisien Muai Volume beberapa jenis zat

3. Pemuaian Zat Gas

Pemuaian gas tidak besar, karena gas umumnya memuai untuk memenuhi tempatnya. Volume gas sangat bergantung pada tekanan dan suhu. Contoh pada pemuaian zat gas yaitu ketika ban mobil atau motor tiba-tiba meletus saat sedang melaju di jalan. Ban mobil atau motor meletus karena terjadi pemuaian gas di dalam ban.

Berikut ini beberapa hukum yang menjelaskan tentang pemuian zat gas:

a. Hukum Gay Lussac

PV=nRT

P = tekanan (atm)

V = volume (L)

N = mol zat

R 0,0082

T = suhu (⁰K)

Hukum Gay Lussac menyatakan bahwa pada tekanan tetap volume gas sebanding dengan suhu gas mutlak tersebut sehingga:

 

Jika perbandingan volume dan suhu tetap, maka perbandingan volume dan suhu sebelum dan sesudah pemuaian juga akan tetap. Sehingga persamaan menjadi:

Pemuaian gas pada tekanan tetap, dengan T dalam satuan Kelvin.

b. Hukum Boyle

Hukum boyle menyatakan bahwa pada batas-batas tertentu suhu rendah yang berlaku bahwa hasil perkalian antara tekanan dan volume selalu tetap. Secara matematis rumusnya yaitu:

PV = nRT = tetap

karena perkalian tekanan dan volume selalu tetap, maka perkalian volume dan volume sebelum dan sesudah pemuaian juga tetap jadi persamaan rumusnya yaitu:

P1 . V1 = P2. V2 

dimana rumus diatas adalah pemuaian gas pada suhu tetap (isotermal)

c. Hukum Boyle-Gay Lussac

Sesuai namanya hukum ini merupakan perpaduan antara hukum boyle dengan hukum lussac. Hukum ini menyatakan bahwa dalam pemuaian zat gas perkalian volume dengan tekanan dibagi suhu selalu tetap.

C. CONTOH PEMUAIAN ZAT PADAT, CAIR DAN GAS

Dalam kehidupan sehari-hari kita menemukan berbagai macam pemuaian baik itu zat padat, zat cair, dan zat gas. Adapun contoh pemuaian dari masing-masing zat adalah sebagai berikut:

Pemuaian Zat Padat

1. Bengkoknya rel kereta api karena panas

2. Kabel telepon yang kendur pada saat siang hari

3. Bimetal pada setrika yang mati otomatis ketika terlalu panas.

4. Kaca rumah yang dipasang agar lebar agar pada saat pemuaian tidak pecah.

Pemuaian Zat Cair

1. Pemuaian air pada tabung termometer (raksa dan alkohol)

2. Saat memasak air lama-lama air akan meluap karena pemuaian air

Pemuaian Zat Gas

1. Meletusnya balon akibat panas

2. Roda kendaraan yang meletus karena panas.

D. CONTOH SOAL DAN PENYELESAIAN PEMUAIAN

Soal No.1

Sebuah besi yang berbentuk lempengan, luasnya mula-mula 60 cm², pada suhu 20⁰C. Kemudian besi tersebut dipanaskan sampai suhunya 90⁰C. Jika koefisien muai besi adalah 0,000011/⁰C. Berapakah luasnya sekarang ? 

Penyelesaian 

Diketahui:

A0 = 60 cm²

∆T = t2 – t1 = 90⁰C – 20⁰C = 70⁰C

Alpa besi = 0,000011/⁰C

Jawab:

 

Jadi, luas besi setelah dipanaskan adalah 60,0924 cm²

Soal No.2

Volume besi pada suhu 0⁰C adalah 300 cm³. Koefisien muai panjang besi adalah 0,000011/⁰C. Berapakah volume besi pada suhu 80⁰C ?

Penyelesaian:

Diketahui:

V0 = 300 cm³

Alpa besi = 0,000011/⁰C

∆T = t2 – t1 = 80⁰C – 0⁰C = 80⁰C

Ditanya: V1 ?

Jawab:

Jadi, volume besi setelah dipanasi adalah 300,792 cm³

Soal No.3

Pada suhu 25⁰C, volume alkohol adalah 1000cm³. Jika koefisien muai ruang alkohol adalah 0,0011/⁰C, berapakah volumenya pada suhu 75 ⁰C ?

Penyelesaian:

Diketahui:

V0 = 1.000 cm³

Alpa besi = 0,0011/⁰C

∆T = t2 – t1 = 75⁰C – 25⁰C = 50⁰C

Ditanya: V1 ?

Jawab:

Jadi, volume alkohol setelah dipanaskan adalah 1055 cm³.

Soal No.4

Volume gas pada suhu 9⁰C adalah 600 cm³. Berapakah volume gas jika didinginkan pada tekanan tetap sampai  suhu 0⁰C ?

Penyelesaian:

Diketahui:

V1 = 600 cm³

T1 = 91⁰C = 91 + 273 = 364 K

T2 = 0⁰C = 0 + 273 = 273 K

Ditanya: V2 ?

Jawab:

Pada tekanan tetap gunakan rumus:

Jadi, volume gas setelah didinginkan adalah 250 cm³

Soal No. 5

Panjang sebatang besi pada suhu 0⁰C adalah 400 cm. Berapa panjang besi pada suhu 80⁰C, jika koefisien muai panjang adalah 0,000011/⁰C?

Penyelesaian

Diketahui:

L0 = 400 cm

Alpa besi = 0,000011/⁰C

∆T = t2 – t1 = 80⁰C – 0⁰C = 80⁰C

Ditanya: L1 ?

Jawab:

Jadi, panjang besi setelah dipanaskan adalah 400,352 cm.