SUHU DAN KALOR: PEMUAIAN

Pemuaian

Pemuaian

Sebagian besar benda biasanya akan memuai ketika kepanasan atau menyusut jika kedinginan Atap seng bisa ribut2 di siang hari yang panas karena adanya pemuaian. Jika kepanasan, rel kereta api juga bisa memuai. Karenanya sambungan rel harus ada celahnya. Jika tidak ada celah, kemungkinan besar rel (biasanya terbuat dari besi/baja)bisa bengkok apabila rel tersebut memuai. Demikian juga besi atau baja pada jembatan. Botol air yang penuh terisi air dan tertutup rapat juga bisa hancur lebur kalau botol tersebut dipanaskan. Masih banyak contoh lain. Sisanya dipikirkan sendiri ya…

Btw, besarnya pemuaian sangat bergantung pada sifat benda tersebut. Walaupun panas yang dirasakan sama, pemuaian yang dialami setiap benda berbeda-beda. Mengenai hal ini akan gurumuda jelaskan kemudian.

Pada umumnya, pemuaian benda bisa dikelompokkan menjadi 2 jenis, yakni pemuaian panjang dan pemuaian volume. Kita pelajari pemuaian panjang terlebih dahulu. Setelah itu baru kita bahas pemuaian volume.

Pemuaian Panjang

Jika terjadi perubahan suhu, kebanyakan benda padat biasanya mengalami pemuaian panjang. Pemuaian panjang di sini bisa berarti panjang benda bertambah atau panjang benda berkurang. Biasanya panjang benda bertambah ketika suhu meningkat, sebaliknya panjang benda berkurang (benda memendek) ketika suhu menurun. Oya, dirimu jangan membayangkan bahwa pemuaian panjang hanyabisa terjadi pada benda2 seperti kawat, beton dkk… setiap benda padat, apapun itu pasti mengalami pemuaian panjang, meskipun tidak semua bagian benda itu mengalami pemuaian panjang. Contoh… misalnya kita tinjau sebuah mobilyang lagi diparkir di pinggir jalan. Ketika si mobil kepanasan, lempeng besi bisa bertambah tebal atau panjang sisinya bisa bertambah walaupun sangat kecil. Atap rumah yang terbuat dari seng juga bisa mengalami pemuaian panjang. Dalam hal ini, ketika seng kepanasan, tepi seng bisa bertambah lebar. Seng juga bisa bertambah tebal. Hal yang sama juga terjadi pada rel kereta api dan besi/baja pada jembatan.

Karena kebanyakan benda padat bisa memuai ketika terjadi perubahan suhu, maka kita juga perlu tahu bagaimana pengaruh perubahan suhu terhadap besarnya pemuaian. Hal ini sangat membantu kita dalam merancang suatu peralatan, bangunan, kendaraan dll. Contohnya celah pada rel kereta api… Biasanya rel kereta api dibuat dari besi/baja. Para insinyur sudah memperhitungkan lebar celah antara setiap rel. Pada siang hariyang panas, rel akan memuai sejauh sekian centimeter… ketika digesek2 oleh kereta api, rel pasti kepanasan juga. Besarnya pemuaian rel kira2 berapa…. Pada malam hari yang dingin, rel mengerut sejauh berapa centimeter…. Berdasarkan hasil perhitungan tersebut, para insinyur memutuskan kira2 panjang celah antara rel berapa, sehingga kalau lagi kepanasan, rel tidak saling berciuman. Ini cuma salah satu contoh saja…. Btw, untuk mengetahui hubungan antara perubahan suhu dengan pemuaian panjang, kita membutuhkan rumus… rumus lagi, rumus lagi… guampang kok. Pahami sajajalan ceritanya…

Untuk membantu kita menurunkan persamaan yang menyatakan hubungan antara perubahan suhu dengan besarnya pemuaian panjang, alangkah baiknya jika kita tinjau sebuah benda padat. Tujuannya biar penjelasan menjadi lebih mudah dan dirimujuga bisa cepat nyambung dengan penjelasan dari gurumuda. Ok, tancap gas…. Tataplah gambar di bawah dengan penuh kelembutan.

Pada saat suhu benda = T_o (benda masih dingin), panjang benda = L_o. Pada saat suhu benda = T (benda kepanasan), panjang benda = L. Sambil perhatikan gambar ya… Berdasarkan hasil pengamatan dan percobaan, perubahan panjang benda sebanding dengan perubahan suhu. Jika suhu semakin meningkat, panjang bendajuga semakin bertambah. Sebaliknya ketika suhu menurun, panjang benda juga ikut2an berkurang.

Perubahan panjang suatu benda juga sebanding dengan panjang benda mula-mula (L_o). Maksudnya kalau besar perubahan suhu sama, benda yang panjangnya 10 meter, misalnya, akan mengalami perubahan panjang 2x lipat dibandingkan dengan benda yang panjangnya hanya 5 meter. Jadi semakin panjang benda, semakin besar pemuaian benda tersebut. Sebaliknya, semakin pendek suatu benda, semakin kecil pemuaianyang dialami benda tersebut.

Untuk membantu kita meramalkan perubahan panjang suatu benda akibat adanya perubahan suhu, alangkah baiknya jika kita menurunkan persamaan pemuaian panjang.

Pertama, perubahan panjang benda (delta L) sebanding dengan perubahan suhu (delta T). Secara matematis bisa ditulis seperti ini :

Kedua, perubahan panjang benda (delta L) sebanding dengan panjang benda mula-mula (L_o). Secara matematis bisa ditulis seperti ini :

Ketiga, perubahan panjang untuk setiap benda ternyata berbeda-beda. Walaupun besar perubahan suhu sama, pemuaian yang dialami besi tidak sama dengan kaca. Demikian juga dengan benda yang lain. Jadi pemuaian panjang ternyata bergantung pada koofisien muai panjang setiap benda. Koofisien muai panjang untuk setiap benda diperoleh melalui percobaan (tuh ada tabel koofisien muai panjang benda di bawah). Semakin besar koofisien muai panjang, semakin besar pertambahan panjang. Sebaliknya semakin kecil koofisien muai panjang, semakin kecil pertambahan panjang. Kitabisa mengatakan bahwa perubahan panjang benda sebanding dengan koofisien muai panjang. Secara matematis bisa ditulis seperti :

Ketiga perbandingan di atas bisa ditulis kembali menjadi seperti di bawah :

Persamaan 1 bisa digunakan untuk menentukan perubahan panjang suatu benda akibat adanya perubahan suhu. Nilai koofisien muai panjang untuk benda padatbisa dilihat pada tabel di bawah.

Sekarang kita oprek persamaan 1 untuk memperoleh persamaan koofisien muai panjang.

Persamaan 2 bisa digunakan untuk menentukan koofisien muai panjang suatu benda.

Keterangan :

Panjang total sebuah benda setelah mengalami pemuaian atau penyusutan, bisa kita peroleh dengan menjumlahkan panjang benda mula-mula (L_o) dan perubahan panjang benda (delta L).

Keterangan :

Catatan :

Apabila perubahan suhu (T-T_o) bernilai negatif, maka perubahan panjang (L-L_o) juga bernilai negatif. Dalam hal ini panjang benda berkurang. Sebaliknya jika perubahan suhu (T-T_o) bernilai positif, maka perubahan panjang (L-L_o) juga bernilai positif. Dalam hal ini benda bertambah panjang….

Berikut ini data koofisien muai panjang benda padat, pada suhu 20 ^oC. Bentuk zat cair dan zat gas berubah2 sehingga kedua jenis zat ini tidak bisa mengalami pemuaian panjang. Koofisien muai panjang benda padat bergantung juga pada suhu alias temperatur. Pada suhu yang berbeda, koofisien muai panjang benda padat juga berbeda2. Btw, jika perbedaan suhu tidak terlalu besar maka perbedaan koofisien muai panjang juga tidak terlalu besar, karenanya bisa diabaikan.

Benda Padat	Koofisien muai panjang ( K-1 atau (Co)-1 )
Timah hitam	29 x 10-6
Aluminium	24 x 10-6
Kuningan	19 x 10-6
Tembaga	17 x 10-6
Besi atau Baja	12 x 10-6
Beton dan Bata	Mendekati 12 x 10-6
Kaca (Biasa)	9 x 10-6
Grafit	7,9 x 10-6
Kaca (Pyrex)	3 x 10-6
Marmer	1,4 – 3,5 x 10-6
Intan	1,2 x 10-6
Invar (Paduan besi – nikel)	0,9 x 10-6
Kwarsa	0,4 x 10-6

Tambahan :

Kalau dirimu bingung satuan koofisien muai panjang tuh asalnya dari mana, pahami penjelasan gurumuda berikut ini. Kita bisa menurunkan satuan koofisien muai panjang menggunakan persamaan koofisien muai panjang (Persamaan 2)