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
10
-5
1,9
10
-5
1,7
10
-5
510
10
-5
1,2
10
-5
1,1
10
-5
1,0
10
-5
0,9
10
-5
0,3
10
-5
0,1
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
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
10
-5
/
o
C
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
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
10
-5
/
o
C
Ditanya :
∆
A
Jawab :
A
0
= S
0
S
0
= 20 cm
20cm
A
0
= 400 cm
2
β
= 2
α
β
= 2
1,2
10
-5
/
o
C = 2,4
10
-5
/
o
C
∆
A
=
A
0
β
∆
T
=
400 cm
2
2,4
10
-5
/
o
C
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
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
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
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