Gambar Sampul IPA · BAB 5 PEMUAIAN
IPA · BAB 5 PEMUAIAN
Anni Winarsih

24/08/2021 15:32:14

SMP 7 K-13

Lihat Katalog Lainnya
Halaman

91

Bab 5 Pemuaian

Tujuan Pembelajaran

Tujuan Pembelajaran

Setelah mempelajari bab ini, kamu

diharapkan dapat:

1. mendeskripsikan pengertian

pemuaian dan jenis-jenisnya;

2. melakukan percobaan yang

berkaitan dengan pemuaian;

3. mengetahui contoh aplikasi

konsep pemuaian dalam

kehidupan sehari-hari.

PEMUAIAN

Peta Konsep

BAB 5

Pemuaian pada

Zat Padat, Zat

Cair, dan Zat Gas

Menunjukkan

Pemuaian Zat

Padat dan Zat

Cair

Perbedaan Muai

Volume Berbagai

Jenis Zat Gas

Prinsip Pemuaian

dalam Teknologi

ZAT DAN WUJUDNYA

006 bab 5.indd 91

7/18/2008 7:13:46 PM

92

IPA Terpadu SMP/MTs Kelas VII

Kereta api merupakan alat transportasi darat yang relatif aman dan nyaman serta dapat

mengangkut penumpang dalam jumlah yang banyak. Kereta berjalan di atas rel. Pada

sambungan rel kereta api terdapat sebuah celah, seperti pada Gambar 5.1. Mengapa

harus ada celah? Celah tersebut pada malam hari lebar, sedangkan siang hari menjadi

sempit karena terkena sinar matahari. Apakah sebabnya? Temukan jawabannya setelah

kamu mempelajari bab ini.

Gambar 5.1 Kereta api

Foto: Dokumentasi Penerbit

006 bab 5.indd 92

7/18/2008 7:13:49 PM

93

Bab 5 Pemuaian

Kata-Kata Kunci

(Key Words)

pemuaian

pemuaian panjang

pemuaian luas

pemuaian volume

pemuaian gas

keping bimetal

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. Besarnya

pemuaian zat sangat tergantung ukuran benda semula, kenaikan

suhu dan jenis zat. Efek pemuaian zat sangat bermanfaat dalam

pengembangan berbagai teknologi.

Gambar 5.2 Perubahan Volume Benda Akibat Perubahan Suhu Benda

Sumber Gambar: Dokumentasi Penerbit

A. Pemuaian Zat Padat

Coba kamu amati bingkai kaca jendela di ruang kelasmu! Adakah

bingkai jendela yang melengkung? Tahukah kamu apa sebabnya?

Bingkai jendela tersebut melengkung tidak lain karena mengalami

pemuaian.

Pemuaian yang terjadi pada benda, sebenarnya terjadi

pada seluruh bagian benda tersebut. Namun demikian, untuk

mempermudah pemahaman maka pemuaian dibedakan tiga macam,

yaitu pemuaian panjang, pemuaian luas, dan pemuaian volume.

1. Pemuaian Panjang

Pernahkah kamu mengamati kabel jaringan listrik pada pagi hari dan

siang hari? Kabel jaringan akan tampak kencang pada pagi hari dan

tampak kendor pada siang hari. Kabel tersebut mengalami pemuaian

panjang akibat terkena panas sinar matahari.

Alat yang digunakan untuk menyelidiki pemuaian panjang

berbagai jenis zat padat adalah

musschenbroek

. Pemuaian panjang

suatu benda dipengaruhi oleh panjang mula-mula benda, besar

kenaikan suhu, dan tergantung dari jenis benda.

Ganti gb

006 bab 5.indd 93

7/18/2008 7:13:50 PM

94

IPA Terpadu SMP/MTs Kelas VII

Lakukanlah kegiatan berikut, untuk menyelidiki muai panjang

suatu zat padat.

Gambar 5.3 Muschenbroek

Sumber Gambar: Dokumentasi Penerbit

Kegiatan Ilmiah 5.1

Pemuaian Panjang pada Logam

Tujuan

Menyelidiki muai panjang zat padat menggunakan

muschenbroek

Alat dan Bahan

Muschenbroek

lengkap dengan beberapa macam batang logam (besi, kuningan, dan

aluminium) serta pembakar spiritusnya.

Petunjuk Kerja

1.

Pasang batang logam yang tersedia dan aturlah posisi jarum dengan memutar sekrup

pengatur sampai kedudukan semua jarum sejajar.

2.

Nyalakan pembakar spiritus dan amati perubahan kedudukan pada jarum penunjuk.

3.

Setelah 5 menit, lakukan pengamatan pada jarum penunjuk! Catatlah hasilnya.

Pertanyaan

1.

Apakah jarum penunjuk menunjukkan skala tertentu?

2.

Samakah skala yang ditunjukkan masing-masing jarum penunjuk? Jika berbeda, mengapa

demikian?

3.

Logam manakah yang menunjukkan pemuaian paling besar?

Besarnya panjang logam setelah dipanaskan adalah sebesar

L = L

0

+

L

Jarum

Batang Logam

Batang Logam

Spirtus

006 bab 5.indd 94

7/18/2008 7:13:50 PM

95

Bab 5 Pemuaian

Besarnya panjang zat padat untuk setiap kenaikan 1ºC pada

zat sepanjang 1 m disebut koe

fi

sien muai panjang (

α

). Hubungan

antara panjang benda, suhu, dan koe

fi

sien muai panjang dinyatakan

dengan persamaan

Δ

L

=

L

0

.

C

.

Δ

t

L

=

L

0

(1+

α

Δ

t

)

Keterangan

L

= Panjang akhir (m)

L

0

= Panjang mula-mula (m)

Δ

L

= Pertambahan panjang (m)

α

= Koe

fi

sien muai panjang (/ºC)

Δ

t

= kenaikan suhu (

O

C)

Belajar IPA melalui Internet

Kamu dapat belajar materi ini dengan mengakses website

www.e-dukasi.net/mapok/mp_full.

php?id=69

Tabel 5.1 Koefisien Berbagai Jenis Bahan

No

Nama Bahan

Koe

fi

sien Muai Panjang (/ºC)

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10

Intan

Kuningan

Tembaga

Es

Aluminium

Baja

Platina

Kaca

Pyrex

Invar

12

ˆ

10

-5

1,9

ˆ

10

-5

1,7

ˆ

10

-5

510

ˆ

10

-5

1,2

ˆ

10

-5

1,1

ˆ

10

-5

1,0

ˆ

10

-5

0,9

ˆ

10

-5

0,3

ˆ

10

-5

0,1

ˆ

10

-5

Sumber: Fisika untuk Sains dan Teknik (1998: 569)

Soal

Batang suatu logam pada suhu 10

o

C memiliki panjang 100 cm. Tentukan panjang tersebut pada

suhu 310

o

C jika

α

= 1,2

ˆ

10

-5

/

o

C.

Pembahasan

Diketahui :

l

o

= 100 cm

t

= 300

o

C

Contoh Soal 5.1

006 bab 5.indd 95

7/18/2008 7:13:51 PM

96

IPA Terpadu SMP/MTs Kelas VII

Ditanya :

l

Jawab :

l

=

l

o

(1 +

α

t

)

= 100(1 + 1,2

ˆ

10

-5

/

o

C

ˆ

300

o

C)

=

100 + 0,36

l =

100,36 cm

Jadi, panjang batang logam setelah dipanaskan adalah 100,36 cm.

2. Pemuaian Luas

Jika yang dipanaskan adalah suatu lempeng atau plat tipis maka

plat tersebut akan mengalami pemuaian pada panjang dan lebarnya.

Dengan demikian lempeng akan mengalami pemuaian luas atau

pemuaian bidang. Perhatikan Gambar 5.4.

Pertambahan luas zat padat untuk setiap kenaikan 1ºC pada

zat seluas 1 m

2

disebut koe

fi

sien muai luas (

β

).

Hubungan antara luas benda, pertambahan luas suhu, dan

koe

fi

sien muai luas suatu zat adalah

A

=

A

0

+

&

A

&

A

=

A

0

β

&

t

&

A

=

A

0

(1+

β

&

t

)

Keterangan:

A

= Luas akhir (m

2

)

Δ

0

= Pertambahan luas (m

2

)

A

0

= Luas mula-mula (m

2

)

β

= Koe

fi

sien muai luas zat (/º

C)

Δ

t

=

Kenaikan suhu (ºC)

Besarnya

β

dapat dinyatakan dalam persamaan berikut.

D

= 2

C

Gambar 5.4 Komponen Pemuaian Luas

Sumber Gambar: Dokumentasi Penerbit

L

t

=lebar akhir

P

t

= panjang akhir

L

t

= lebar mula-

mula

P

O

=panjang mula-mula

006 bab 5.indd 96

7/18/2008 7:13:51 PM

97

Bab 5 Pemuaian

Soal

Suatu plat aluminium berbentuk persegi dengan panjang sisi 20 cm pada suhu 25

o

C. Koe

fi

sien

muai panjang aluminium 1,2

ˆ

10

-5

/

o

C. Tentukan pertambahan luas plat tersebut jika dipanasi

hingga suhu 125

o

C!

Pembahasan

Diketahui :

S

o

= 20 cm

T

= 100

o

C

α

=

1,2

ˆ

10

-5

/

o

C

Ditanya :

A

Jawab :

A

0

= S

0

ˆ

S

0

= 20 cm

ˆ

20cm

A

0

= 400 cm

2

β

= 2

α

β

= 2

ˆ

1,2

ˆ

10

-5

/

o

C = 2,4

ˆ

10

-5

/

o

C

A

=

A

0

β

T

=

400 cm

2

ˆ

2,4

ˆ

10

-5

/

o

C

ˆ

100

o

C

A =

0,96

cm

2

Contoh Soal 5.2

C

C

Pemuaian luas dapat kita amati pada jendela kaca rumah. Pada

saat udara dingin kaca menyusut karena koe

fi

sien muai kaca lebih

besar daripada koe

fi

sien muai kayu. Jika suhu memanas maka kaca

akan memuai lebih besar daripada kayu kusen sehingga kaca akan

terlihat terpasang dengan sangat rapat pada kusen kayu.

Diskusikan 5.1

Mengapa permukaan jalan beraspal pada siang hari yang panas terlihat seolah-olah melengkung

dan berkelok-kelok?

3. Pemuaian Volume

Jika suatu balok mula-mula memiliki panjang

P

0

, lebar

L

0

, dan tinggi

h

0

dipanaskan hingga suhunya bertambah

Δ

t

, maka berdasarkan

pada pemikiran muai panjang dan luas diperoleh harga volume balok

tersebut sebesar

V

=

V

0

+

&

V

&

V

=

V

0

.

I

.

&

t

V

=

V

0

(1 +

I

.

&

t

)

006 bab 5.indd 97

7/18/2008 7:13:52 PM

98

IPA Terpadu SMP/MTs Kelas VII

dimana

γ

= 3

α

atau

γ

=

3

2

β

Keterangan:

V

= Volume akhir (m

3

)

V

0

= Volume mula-mula (m

3

)

Δ

V =

Pertambahan volume (m

3

)

γ

= Koe

fi

sien muai volume (/

o

C)

Δ

t

= Kenaikan suhu (ºC)

1.

Batang logam panjangnya 300 cm dipanaskan dari 25ºC hingga 225ºC mengalami per-

tambahan panjang sebesar 0,6 cm. Berapa pertambahan batang logam yang sama dengan

panjang 200 cm dan dipanaskan dari 20ºC hingga suhu 320ºC

2.

Sekeping aluminium panjangnya 40 cm dan lebarnya 30 cm dipanaskan dari 40ºC sampai

140ºC. Jika koe

fi

sien muai panjang aluminium adalah 2,5

ˆ

10

-5

/º C, berapakah luas keping

aluminium setelah dipanaskan?

3.

Besi berbentuk kubus pada suhu 20ºC memiliki panjang rusuk 10 cm. Kubus tersebut di-

panaskan hingga suhu 220ºC. Berapa volume kubus pada suhu 220ºC jika koe

fi

sien muai

panjang besi 1,2

ˆ

10

5

/ºC?

Asah Kemampuan 5.1

B. Pemuaian Zat Cair

Pada zat cair tidak melibatkan muai panjang ataupun muai luas, tetapi

hanya dikenal muai ruang atau muai volume saja. Semakin tinggi suhu

yang diberikan pada zat cair itu maka semakin besar muai volumenya.

Pemuaian zat cair untuk masing-masing jenis zat cair berbeda-beda,

akibatnya walaupun mula-mula volume zat cair sama tetapi setelah

dipanaskan volumenya menjadi berbeda-beda. Pemuaian volume zat

cair terkait dengan pemuaian tekanan karena peningkatan suhu. Titik

pertemuan antara wujud cair, padat dan gas disebut titik tripel.

Gambar 5.5 Titik Tripel

Sumber Gambar: Dokumentasi Penerbit

Tekanan (

P

)

P

kritis

P

tripel

T

tripel

T

kritis

B

C

O

uap

titik tripel

padatan

cairan

Titik kritis

A

006 bab 5.indd 98

7/18/2008 7:13:52 PM

99

Bab 5 Pemuaian

Anomali Air

Khusus untuk air, pada kenaikan suhu dari 0º C sampai 4º C volumenya

tidak bertambah, akan tetapi justru menyusut. Pengecualian ini

disebut dengan anomali air. Oleh karena itu, pada suhu 4ºC air

mempunyai volume terendah.

Hubungan volume dengan suhu pada air dapat digambarkan

pada gra

fi

k berikut.

Pada suhu 4

o

C, air menempati posisi terkecil sehingga pada

suhu itu air memiliki massa jenis terbesar. Jadi air bila suhunya

dinaikkan dari 0

o

C – 4

o

C akan menyusut, dan bila suhunya dinaikkan

dari 4

o

C ke atas akan memuai. Hubungan antara suhu dan volume air

dapat digambarkan pada Gambar 5.6. Biasanya pada setiap benda

bila suhunya bertambah pasti mengalami pemuaian. Peristiwa yang

terjadi pada air itu disebut anomali air. Hal yang sama juga terjadi

pada bismuth dengan suhu yang berbeda. Lakukan kegiatan berikut

untuk menyelidiki kecepatan pemuaian pada berbagai macam zat

cair.

Pemuaian pada Zat Cair

Tujuan

Menyelidiki kecepatan pemuaian pada berbagai macam zat cair

Alat dan Bahan

1. Labu erlenmeyer berpipa kecil (4 buah)

5. Eter

2. Wadah air

6. Bensin

3. Sumber panas

7. Alkohol

4. Air

Kegiatan Ilmiah 5.2

Volume

Suhu

4ºC

Gambar 5.6 Grafik Hubungan antara Volume dengan Suhu air

Sumber Gambar: Dokumentasi Penerbit

006 bab 5.indd 99

7/18/2008 7:13:52 PM

100

IPA Terpadu SMP/MTs Kelas VII

Petunjuk Kerja

1.

Siapkan empat buah labu erlenmeyer berpipa kecil. Isi masing-masing labu dengan air,

eter, bensin, dan alkohol dengan volume yang sama.

2.

Siapkan wadah yang agak besar dan isilah dengan air.

3.

Masukkan labu tersebut pada wadah berisi air kemudian panaskan wadah tersebut.

4.

Setelah beberapa saat, amatilah tinggi permukaan zat cair pada labu.

Pertanyaan

1.

Bagaimana hasil pengamatan terhadap tinggi permukaan zat cair pada labu? Samakah

tinggi masing-masing zat cair tersebut?

2.

Apa yang dapat kamu simpulkan berkaitan dengan pemuaian pada zat cair berdasarkan

hasil kegiatan di atas?

1.

Jelaskan pengertian anomali air!

2.

Apa yang dimaksud dengan

a.

titik tripel

b.

titik kritis

3.

Sebutkan tiga contoh pemanfaatan prinsip pemuaian zat cair dalam kehidupan sehari-hari!

Asah Kemampuan 5.2

Gambar 5.7 Rangkaian Alat Percobaan untuk Menyelidiki Kecepatan

Pemuaian pada Berbagai Macam Zat Cair

Sumber Gambar: Dokumentasi Penerbit

Air

Eter

Bensin

Alkohol

Air

Panas

C. Pemuaian pada Gas

Mungkin kamu pernah menyaksikan mobil atau motor yang sedang

melaju di jalan tiba-tiba bannya meletus?. Ban mobil tersebut meletus

karena terjadi pemuaian udara atau gas di dalam ban. Pemuaian

tersebut terjadi karena adanya kenaikan suhu udara di ban mobil

akibat gesekan roda dengan aspal.

006 bab 5.indd 100

7/18/2008 7:13:54 PM

101

Bab 5 Pemuaian

Pemuaian pada gas adalah pemuaian volume yang dirumuskan

sebagai

V = Vo(1 +

γ

t)

γ

adalah koe

fi

sien muai volume. Nilai

γ

sama untuk semua gas,

yaitu 1/273

o

C

-1

Pemuaian gas dibedakan tiga macam, yaitu

a.

pemuaian gas pada suhu tetap (isotermal),

b.

pemuaian gas pada tekanan tetap, dan

c.

pemuaian gas pada volume tetap.

1. Pemuaian Gas pada Suhu Tetap (Isotermal)

Pernahkah kalian memompa ban dengan pompa manual seperti

Gambar 5.8? Apa yang kalian rasakan ketika baru pertama kali

menekan pompa tersebut? Apa yang kalian rasakan ketika kalian

menekannya lebih jauh? Awalnya mungkin terasa ringan. Namun,

lama kelamaan menjadi berat. Hal ini karena ketika kita menekan

pompa, itu berarti volume gas tersebut mengecil.

Pemuaian gas pada suhu tetap berlaku hukum Boyle, yaitu g

as

di dalam ruang tertutup yang suhunya dijaga tetap, maka hasil kali

tekanan dan volume gas adalah tetap

. Dirumuskan sebagai

P V

= tetap

atau

P

1

V

1

= P

2

V

2

Keterangan,

P

= tekanan gas (atm)

V

= volume gas (L)

Soal

Suatu gas di dalam ruang tertutup memiliki tekanan 1 atm dan volume 4 L. Jika suhu gas dijaga

tetap dan tekanan diubah menjadi 2 atm, berapakah volume gas?

Pembahasan

Diketahui :

P

1

= 1 atm

V

1

= 2 L

P

2

= 2 atm

Ditanya :

V

2

Contoh Soal 5.3

C

Gambar 5.8 Pompa tangan

Foto: Dokumentasi Penerbit

006 bab 5.indd 101

7/18/2008 7:13:56 PM

102

IPA Terpadu SMP/MTs Kelas VII

2. Pemuaian Gas pada Tekanan Tetap

(Isobar)(

Pengayaan

)

Pemuaian gas pada tekanan tetap berlaku hukum Gay Lussac, yaitu

gas di dalam ruang tertutup dengan tekanan dijaga tetap, maka

volume gas sebanding dengan suhu mutlak gas

. Dalam bentuk

persamaan dapat dituliskan sebagai

12

12

VV

TT



Jawab :

P

1

V

1

= P

2

V

2

1 atm .

4

L

= 2 atm.

V

2

=

1 atm

2 atm

V

2

= 2

L

Soal

Suatu gas di dalam ruangan tertutup memiliki tekanan 1 atm, suhu 27

o

C, dan volume 2,4 L. Berapa

volume gas tersebut pada suhu 127

o

C jika mengalami proses pemuaian pada tekanan tetap?

Pembahasan

Diketahui :

P

= 1 atm

T

1

=

27

o

C =

300

K

V

1

=

2,4

L

T

2

=

127

o

C =

400

K

Ditanya :

V

2

Jawab :

12

12

VV

TT



2

2,4

=

300 K

400 K

LV

2

2

2,4

400 K

300 K

3, 2 L

L

V

V

–





V

= volume (L)

T = suhu (K)

Contoh Soal 5.4

006 bab 5.indd 102

7/18/2008 7:13:56 PM

103

Bab 5 Pemuaian

3. Pemuaian Gas Pada Volume Tetap (Isokhorik)

(

Pengayaan

)

Pemuaian gas pada volume tetap berlaku hukum Boyle-Gay Lussac,

yaitu

jika volume gas di dalam ruang tertutup dijaga tetap, maka

tekanan gas sebanding dengan suhu mutlaknya

. Hukum

Boyle-Gay

Lussac

dirumuskan sebagai

12

12

PP

TT



Dengan menggabungkan hukum boyle dan hukum Gay Lussac

diperoleh persamaan

11

22

12

PV

PV

TT



Keterangan:

P

= tekanan (atm)

V

= volume (L)

T = suhu (K)

Asah Kemampuan 5.3

1.

Suatu gas suhunya 27

o

C dipanaskan pada tekanan tetap. Berapa suhu gas tersebut saat

volume gas menjadi 3 kali volume semula?

2.

Gas di dalam ruang tertutup pada suhu 27

o

C dan tekanan 2 atm memiliki volume 2,4 L.

Berapa volume gas tersebut pada suhu 227

o

C dan tekanan 3 atm?

3.

Sejumlah gas dengan volume 4 L pada tekanan 1,5 atm dan suhunya 27

o

C. Kemudian gas

tersebut dipanaskan hingga suhunya 47

o

C dan volumenya 3,2 L. Berapakah tekanan gas

setelah dipanaskan?

D. Penerapan Prinsip Pemuaian Zat dalam

Kehidupan Sehari-Hari

Prinsip pemuaian zat banyak diterapkan dalam kehidupan sehari-hari.

Berikut ini adalah beberapa contoh penerapannya.

1. Pemasangan Kaca Jendela

Pemasangan kaca jendela memperhatikan juga ruang muai bagi

kaca sebab koe

fi

sien muai kaca lebih besar daripada koe

fi

sien muai

kayu tempat kaca tersebut dipasang. Hal ini penting sekali untuk

menghindari terjadinya pembengkokan pada bingkai.

Gambar 5.9 Pemasangan

Kaca pada Jendela Perlu

Diberi Ruang untuk Pemuaian

Foto: Dokumentasi Pribadi

006 bab 5.indd 103

7/18/2008 7:13:58 PM

104

IPA Terpadu SMP/MTs Kelas VII

a. Rel kereta api

b. Model sambungan pada rel kereta

api

2. Pemasangan Sambungan Rel Kereta Api

Gambar 5.10 Pemanfaatan Prinsip Pemuaian pada Sambungan Rel Kereta Api

Foto: Dokumentasi Penerbit

Penyambungan rel kereta api harus menyediakan celah antara

satu batang rel dengan batang rel lain. Jika suhu meningkat, maka

batang rel akan memuai hingga akan bertambah panjang. Dengan

diberikannya ruang muai antar rel maka tidak akan terjadi desakan

antar rel yang akan mengakibatkan rel menjadi bengkok.

3. Pemasangan Bingkai Besi pada Roda Pedati

Bingkai roda pedati pada keadaan normal dibuat sedikit lebih kecil

daripada tempatnya sehingga tidak dimungkinkan untuk dipasang

secara langsung pada tempatnya. Untuk memasang bingkai tersebut,

terlebih dahulu besi harus dipanaskan hingga memuai dan ukurannya

pun akan menjadi lebih besar daripada tempatnya sehingga

memudahkan untuk dilakukan pemasangan bingkai tersebut. Ketika

suhu mendingin, ukuran bingkai kembali mengecil dan terpasang

kuat pada tempatnya.

Gambar 5.11 Roda Pedati Dipasang dengan Prinsip Pemuaian

Foto: Dokumentasi Penerbit

006 bab 5.indd 104

7/18/2008 7:14:01 PM

105

Bab 5 Pemuaian

4. Pemasangan Jaringan Listrik dan Telepon

Kabel jaringan listrik atau telepon dipasang kendur dari tiang satu ke

tiang lainnya sehingga saat udara dingin panjang kabel akan sedikit

berkurang dan mengencang. Jika kabel tidak dipasang kendur, maka

saat terjadi penyusutan kabel akan terputus.

5. Keping Bimetal

Keping bimetal adalah dua buah keping logam yang memiliki koe

fi

sien

muai panjang berbeda yang dikeling menjadi satu. Keping bimetal

sangat peka terhadap perubahan suhu. Pada suhu normal panjang

keping bimetal akan sama dan kedua keping pada posisi lurus.

Jika suhu naik kedua keping akan mengalami pemuaian dengan

pertambahan panjang yang berbeda. Akibatnya keping bimetal

akan membengkok ke arah logam yang mempunyai koe

fi

sien muai

panjang yang kecil.

Keping bimetal dapat dimanfaatkan dalam berbagai keperluan

misalnya pada termometer bimetal, termostat bimetal pada seterika

listrik, saklar alarm bimetal, sekring listrik bimetal.

Pemanfaatan pemuaian zat yang tidak sama koe

fi

sien muainya

dapat berguna bagi industri otomotif, misalnya pada bimetal

yang dipasang sebagai saklar otomatis atau pada lampu reting

kendaraan.

Gambar 5.12 Keping Bimetal akan Membengkok ke Arah Logam yang Muai

Panjangnya / Lebih Kecil

Sumber Gambar: Dokumentasi Penerbit

Koefisien muai

panjang kecil

Koefisien muai

panjang besar

006 bab 5.indd 105

7/18/2008 7:14:01 PM

106

IPA Terpadu SMP/MTs Kelas VII

Tokoh IPA

Pieter (Petrus) van Musschenbroek (1692—1761)

Musschenbroek lahir pada 14 Maret 1692 di Leiden, Belanda, dari

keluarga pembuat perkakas rumah tangga. Ketika Petrus (Pieter’s) lahir kedua

orangtuanya selalu membuat alat-alat

fi

sika (pompa udara, mikroskop, dan

teleskop) dan karena itulah dia menyukai ilmu sains. Dia belajar di Universitas

Leiden (Leiden) dan memperoleh gelar dokter pada tahun 1715 dan ia berhasil

meraih gelar doctor (Ph.D.) pada bidang sains murni (

fi

sika). Dia berkunjung ke

Inggris pada tahun 1717 dan berjumpa dengan Isaac Newton. Sekembalinya

ke Belanda, dia mendapat gelar guru besar di bidang sains dan matematika

dari Universitas Duesberg (Duisburg) pada tahun 1719.

Musschenbroek mengembangkan ide-ide Newton di Belanda. Dia

diangkat menjadi guru besar (dari tahun 1721) di Universitas Duesberg,

Utrecht, dan Leiden (dari tahun 1740—1761). Dia berhasil mengembangkan

ilmunya di bidang sains (

fi

sika) di Universitas Utrecht dan Universitas Leiden.

Dia merupakan orang yang pertama kali mengembangkan penelitian sains

tentang daya listrik dan alat-alat perlengkapannya. Pada 1729, dia sudah

menjadi ahli

fi

sika yang terkemuka dari ahli lainnya.

Gambar 5.13

Pieter (Petrus) van

Musschenbroek

Sumber Gambar:

http://

www.eoearth.org

Rangkuman

Pemuaian adalah bertambahnya ukuran benda akibat kenaikan suhu zat tersebut.

Pemuaian dapat terjadi pada zat padat, cair, dan gas. Besarnya pemuaian zat sangat

tergantung ukuran benda semula, kenaikan suhu, dan jenis benda.

Pengaruh dari pemuaian pada zat, benda akan bertambah ukurannya baik panjang,

luas maupun volume. Pemuaian panjang suatu benda dipengaruhi oleh panjang mula-mula

benda, besar kenaikan suhu, dan tergantung dari jenis benda. Adapun pemuaian volume

zat cair terkait dengan pemuaian tekanan karena peningkatan suhu.

Khusus untuk air, pada kenaikan suhu dari 0ºC sampai 4ºC volumenya tidak bertambah

akan tetapi justru menyusut. Pengecualian ini disebut dengan anomali air. Hal serupa juga

terjadi pada bismuth pada suhu-suhu yang berbeda.

Efek pemuaian zat tersebut harus diperhitungkan oleh para ahli dalam konstruksi

jembatan, jalan, pemasangan kabel telepon dan listrik. Hal ini dilakukan untuk menghindari

bencana yang tidak diinginkan.

Asah Kemampuan 5.4

1.

Sebutkan 5 contoh penerapan prinsip pemuaian zat dalam kehidupan sehari-hari!

2.

Apa yang dimaksud dengan keping bimetal? Jelaskan prinsip kerjanya?

006 bab 5.indd 106

7/18/2008 7:14:02 PM

107

Bab 5 Pemuaian

I.

Pilihlah salah satu jawaban yang tepat!

1.

Apabila suatu benda diberi kalor, maka benda itu akan ....

a. menyusut volumenya

b. pasti berubah wujud

c. pasti bertambah suhunya

d. bisa berubah wujud atau bertambah suhunya

2.

Alat berikut ini digunakan untuk mengetahui pemuaian pada zat padat adalah ....

a. barometer

c. dilatometer

b. termoskop

d.

Musschenbrock

3. Koe

fi

sien muai panjang adalah ....

a. angka yang menunjukkan berkurang panjangnya tiap 1 cm zat bila suhunya naik

sebesar 1

o

C

b. angka yang menunjukkan bertambah panjangnya tiap 1 cm suatu zat bila suhunya

naik sebesar 1

o

C

c. angka yang menunjukkan bertambah panjangnya tiap 1 cm suatu zat bila suhunya

turun sebesar 1

o

C

d. angka yang menunjukkan berkurang panjangnya tiap 1 cm zat bila suhunya tetap

pada 1

o

C

4.

Perhatikan tabel berikut!

Jenis Benda

Koe

fi

sien Muai Panjang

kuningan

0,000019/

o

C

tembaga

0,000017/

o

C

baja

0,000011/

o

C

kaca

0,000009/

o

C

Jika panjang benda mula-mula sama dan benda-benda tersebut dipanaskan pada suhu

yang sama secara bersamaan, maka logam yang pertambahan panjangnya terbesar

adalah ....

a. kuningan

c. baja

b. tembaga

d. kaca

5.

Kuningan panjang mula-mula 100 cm dengan koe

fi

sien muai panjang 0,000019/

o

C

dipanaskan dari suhu 10

o

C sampai 110

o

C akan bertambah panjang sebesar ... cm.

a. 0,0038

c. 0,19

b. 0,0019

d. 0,38

Uji Kompetensi 5

006 bab 5.indd 107

7/18/2008 7:14:03 PM

108

IPA Terpadu SMP/MTs Kelas VII

6.

Sebatang logam panjangnya 50,00 cm pada suhu 10

o

C dan 50,05 cm pada suhu

110

o

C. Maka koe

fi

sien muai panjang baja itu adalah ... /

o

C.

a. 0,0005

c. 0,00005

b. 0,00005

d. 0,000005

7.

Sebatang plat besi berbentuk persegi panjang dengan panjang 20 cm dan lebar

10 cm pada suhu 10

o

C dan koe

fi

sien muai panjang logam itu 0,000012 /

o

C. Maka

pada suhu 260

o

C luas pelat akan bertambah sebesar ... m

2

.

a. 0,0001248

c. 1,248

b. 0,001248

d. 2,248

8. Koe

fi

sien muai volume adalah angka yang menunjukkan ....

a. bertambahnya volume setiap 1 cm

3

suatu zat bila suhunya turun sebesar 1

K

b. bertambahnya volume setiap 1 cm

3

suatu zat bila suhunya naik sebesar 1

o

C

c. berkurangnya volume setiap 1 cm

3

suatu zat bila suhunya naik sebesar 1

o

C

d. berkurangnya volume setiap 2 cm

3

suatu zat bila suhunya turun sebesar 1

o

C

9.

Pernyataan yang benar hubungan antara

A

,

β

, dan

G

adalah ....

a.

A

= 3

G

= 2

β

c.

G

= 3

A

=

3

2

β

b.

A

=

3

I

=

2

I

d.

G

=

C

3

=

D

2

10. Koe

fi

sien muai panjang kuningan 0,000019 /

o

C, maka koe

fi

sien muai volume kuningan

tersebut adalah ... /

o

C.

a. 0,000057

c. 0,0000095

b. 0,000038

d. 0,0000019

11. Alat yang digunakan untuk menunjukan pemuaian pada zat cair adalah ....

a. higrometer

c. dilatometer berisi air dipanaskan

b. dilatometer dimasukkan ke air

d

. Musschenbrock

12. Zat cair akan lebih cepat memuai daripada zat padat. Hal ini terjadi pada peristiwa

....

a. ketika termometer dimasukkan ke dalam air mendidih skalanya bertambah

b. panci yang berisi penuh air akan tumpah ketika air mendidih

c. panci lebih cepat panas daripada air

d. air lebih cepat panas daripada panci

13. Sebuah tangki berisi alkohol sebanyak 1000 cm

3

pada suhu 0

o

C dengan koe

fi

sien

muai volume sebesar 0,00120 /

o

C. Jika dipanaskan sampai 80

o

C pada tekanan tetap,

maka volume gas menjadi ... cm

3

.

a. 96

c. 1096

b. 904

d. 1120

006 bab 5.indd 108

7/18/2008 7:14:03 PM

109

Bab 5 Pemuaian

14. Penerapan pemuaian dalam kehidupan sehari-hari dapat berupa seperti berikut,

kecuali ....

a. pemasangan sambungan rel kereta api

b. pemasangan kaca jendela

c. pengelingan

d. pengeringan pakaian

15. Berikut ini gambar bimetal terbuat dari logam A dan B.

Pernyataan yang

tidak

tepat dari gambar itu yaitu ....

a. koe

fi

sien muai panjang logam A lebih kecil dari logam B

b. koe

fi

sien muai panjang logam B lebih kecil dari logam A

c. bimetal akan melengkung ke arah logam B bila didinginkan

d. koe

fi

sien muai volume logam B lebih kecil dari logam A

II.

Jawablah dengan singkat dan jelas!

1.

Sebatang besi panjangnya 100 cm pada suhu 10

o

C , setelah dipanasi sampai 110

o

C

panjangnya menjadi 100,05 cm. Suatu logam jenis lain yang koe

fi

sien muai panjang-

nya 3 kali koe

fi

sien muai panjang besi panjangnya awalnya 120 cm pada suhu 0

o

C.

Tentukan panjang logam tersebut jika dipanasi sampai 40

o

C!

2.

Sebuah jendela kaca pada malam hari luasnya menyusut 0,80 cm

2

. Koe

fi

sien muai

panjang kaca 8

ˆ

10

-6 o

C . Tentukan suhu pada malam itu jika luas kaca pada suhu

36

o

C adalah 1000 cm

2

.

3.

Sebuah gelas kaca bervolume 500 cm

3

penuh berisi alkohol pada suhu 0

o

C. Jika

dipanasi sampai 50

o

C, berapa volume alkohol yang tumpah? (Koe

fi

sien muai volume

alkohol 0,00120 /

o

C dan koe

fi

sien muai volume gelas 0,000027 /

o

C)

4.

Sampai suhu berapa suatu gas yang suhunya 0

o

C volumenya 100 cm

3

harus dipanas-

kan agar volumenya menjadi 2 kali volume semula, sedangkan tekanannya tetap?

5.

Jelaskan prinsip pemuaian yang terjadi pada termostat dan pemasangan bingkai besi

pada roda!

A

B

B

A

A

Sebelum dipanaskan

Sesudah dipanaskan

006 bab 5.indd 109

7/18/2008 7:14:04 PM

110

IPA Terpadu SMP/MTs Kelas VII

Tugas Proyek

Termostat adalah alat yang berfungsi untuk mematikan atau menghidupkan sebuah peralatan listrik secara

otomatis ketika suhu tertentu telah tercapai. Prinsip kerja termostat memanfaatkan konsep pemuaian. Carilah

referensi yang berkaitan dengan termostat melalui media internet atau media cetak. Susunlah hasil kegiatanmu

dalam bentuk ringkasan atau kliping. Presentasikan di kelas dengan bimbingan gurumu.

Refleksi Diri

Setelah kamu mempelajari materi ini,

1.

manfaat apa yang kamu peroleh?

2.

kesulitan apa yang kamu temui saat mempelajarinya?

3.

persoalan baru apa yang muncul di benakmu setelah mempelajari materi ini?

Konsultasikan kesulitan dan permasalahan yang kamu temui dengan gurumu!

006 bab 5.indd 110

7/18/2008 7:14:04 PM