Halaman
83
Ilmu Pengetahuan Alam - Kelas VII SMP/MTs
Standar Kompetensi:
Memahami wujud zat dan perubahannya.
Kompetensi Dasar:
z
Melakukan percobaan yang berkaitan dengan
pemuaian dalam kehidupan sehari-hari.
PEMUAIAN
A
Pemuaian
Indikator
•
Peserta didik mampu menunjukkan proses pemuaian pada zat padat, cair
dan gas.
•
Peser ta didik mampu merencanakan percobaan sederhana untuk
menunjukkan pemuaian zat cair dan zat padat.
•
Peserta didik mampu menunjukkan prinsip pemuaian dalam teknologi,
misalnya : bimetal untuk termostat, pengelingan, pemasangan bingkai
besi pada roda, pemasangan kaca
.
minyak air
Peta Konsep:
Peta Konsep:
Peta Konsep:
Peta Konsep:
Peta Konsep:
Pemuaian
Zat gas
Zat padat
Panjang
Volume
Luas
Zat cair
BAB 5
Volume
Volume
Suhu
Tekanan
terjadi pada
perubahan
perubahan
dipengaruhi
8 4
Ilmu Pengetahuan Alam - Kelas VII SMP/MTs
Pernahkah kamu perhatikan, mengapa di siang hari yang panas aspal
di jalan raya dapat retak-retak? Mengapa sambungan rel kereta api dibuat
renggang? Pemasangan kaca juga diberi jarak? Hal ini tentu sangat
berhubungan dan berkaitan dengan peristiwa pemuaian dan penyusutan
zat. Suatu benda umumnya akan mengalami pemuaian apabila dipanaskan
dan mengalami penyusutan saat didinginkan. Untuk itu kamu akan
mempelajari tentang sifat pemuaian dan penyusutan yang terjadi pada
zat padat, cair dan gas berikut ini.
1. Pemuaian Zat Padat
Alat yang digunakan untuk menyelidiki pemuaian zat padat disebut
muschen broek
. Dalam eksperimen yang dilakukan menunjukkan bahwa
hampir semua benda padat apabila dipanaskan mengalami perubahan
panjang, luas dan volume.
a. Muai panjang
L = Lo { 1 +
α
( t
2
– t
1
) }
Keterangan
L
= panjang setelah pemanasan atau pendinginan (m) atau (cm)
L o
= panjang awal (m) atau (cm)
α
= koefisien muai panjang ( /
0
C )
t
1
= suhu mula-mula (
0
C )
t
2
= suhu akhir (
0
C )
b. Muai luas
A = Ao { 1 +
β
( t
2
– t
1
) }
Keterangan
A
= luas setelah pemanasan atau pendinginan (m
2
) atau (cm
2
)
A o
= luas awal (m
2
) atau (cm
2
)
β
= koefisien muai luas ( /
0
C )
t
1
= suhu mula-mula (
0
C )
t
2
= suhu akhir (
0
C )
Catatan
β
= 2
α
85
Ilmu Pengetahuan Alam - Kelas VII SMP/MTs
c. Muai volume
V = Vo { 1 +
γ
( t
2
– t
1
) }
Keterangan
V
= volume setelah pemanasan atau pendinginan (m
3
) atau (cm
3
)
V o
= volume awal (m
3
) atau (cm
3
)
γ
= koefisien muai volume ( /
0
C)
t
1
= suhu mula-mula (
0
C)
t
2
= suhu akhir (
0
C)
Catatan
γ
= 3
α
Untuk lebih memahami peristiwa pemuaian pada zat padat
lakukan kegiatan berikut!
Kegiatan 5.1 :
Kegiatan 5.1 :
Kegiatan 5.1 :
Kegiatan 5.1 :
Kegiatan 5.1 :
Mengamati sifat pemuaian zat padat
Alat dan bahan
1) Tiga jenis batang logam yang panjangnya sama (misal aluminium,
besi, dan tembaga)
2) Pembakar spiritus (bunsen)
3) Alat muschen broek
Langkah kerja
1) Susunlah alat muschen broek
2) Putar sekrup pengatur pada alat tersebut sehingga jarum penunjuk
kedudukannya sama tinggi.
3) Panaskan batang-batang logam dengan pembakar spiritus.
4) Amatilah jarum penunjuk yang ditekan oleh batang logam tersebut.
penunjuk
batang logam
pembakar spiritus
sekrup pengatur
8 6
Ilmu Pengetahuan Alam - Kelas VII SMP/MTs
Dari kegiatan 5.1 yang dilakukan diperoleh data, bahwa
Aluminium memiliki pertambahan panjang lebih besar daripada
tembaga dan besi. Pertambahan panjang tersebut bergantung kepada
panjang awal , kenaikan suhu, dan jenis bahan.
Tabel 5.1 Koefisien muai panjang berbagai jenis zat padat
No.
Jenis zat
Koefisin muai panjang ( /
0
C )
1.
Aluminium
0,000024
2.
Perunggu
0,000019
3.
Baja
0,000011
4.
Tembaga
0,000017
5.
Kaca
0,000009
6.
Pirek
0,000003
7.
Ber
lian
0,000001
8.
Grafit
0,000008
2. Pemuaian Zat Cair
Alat yang digunakan untuk menyelidiki pemuaian zat cair disebut
labu didih. Sifat utama zat cair adalah menyesuaikan dengan bentuk
wadahnya. Oleh karena itu zat cair hanya memiliki muai volume saja.
Untuk lebih jelasnya lakukan kegiatan berikut!
Kegiatan 5.2 :
Kegiatan 5.2 :
Kegiatan 5.2 :
Kegiatan 5.2 :
Kegiatan 5.2 :
Menunjukkan pemuaian zat cair
Alat dan bahan
1) Dua buah labu didih berpipa
2) Air
3) Minyak goreng
4) Bejana logam
5) Pembakar spiritus (bunsen)
Langkah kerja
1) Masukkan air dan minyak goreng ke dalam masing-masing labu
didih.
minyak air
87
Ilmu Pengetahuan Alam - Kelas VII SMP/MTs
3. Pemuaian Zat Gas
Alat yang digunakan untuk menyelidiki pemuaian gas disebut
dilatometer. Salah satu perbedaan antara zat gas dengan zat padat dan
cair adalah volume zat gas dapat diubah-ubah dengan mudah. Misal,
sebuah tabung gas elpiji. Di dalam tabung gas tentu akan mengadakan
tekanan pada dinding tabung. Tekanan ini disebabkan oleh gerakan
partikel gas. Lakukan kegiatan berikut!
2) Masukkan kedua labu tersebut ke dalam bejana logam yang berisi
air. Atur sedemikian rupa sehingga kedua zat cair dalam labu
berpipa memiliki ketinggian sama.
3) Panaskan bejana logam tersebut. Perhatikan kenaikan permukaan
zat cair tersebut.
4) Nyatakan kesimpulanmu!
Ternyata dari kegiatan 5.2 dapat disimpulkan bahwa permukaan
zat cair minyak goreng lebih tinggi daripada permukaan air. Mengapa
demikian ? Minyak goreng memiliki koefisien muai volume yang lebih
besar daripada air.
Tabel 5.2 Koefisien muai volume zat cair
No.
Jenis zat
Koefisin muai volume( /
0
C )
1.
Air raksa
0,00018
2.
Alkohol
0,00120
3.
Aseton
0,00150
4.
Air
0,00021
5.
Bensin
0,00095
Kegiatan 5.3 :
Kegiatan 5.3 :
Kegiatan 5.3 :
Kegiatan 5.3 :
Kegiatan 5.3 :
Menyelidiki pemuaian zat gas
Alat dan bahan
1) Gelas kimia
5) Labu didih
2) Lilin
6)
Sumbat karet
3) Korek api
7) Pipa kapiler
4) Air
8 8
Ilmu Pengetahuan Alam - Kelas VII SMP/MTs
Kegiatan ini menunjukkan bahwa gas akan mengalami pemuaian
apabila dipanaskan. Peristiwa pemuaian pada zat gas mudah diamati
daripada pemuaian pada zat padat. Pemuaian pada zat gas ditunjukkan
oleh gelembung-gelembung udara yang keluar dari dalam pipa kapiler
yang ada pada labu didih.
Tiga hal yang perlu diperhatikan pada zat gas adalah volume,
tekanan dan suhu.
a. Untuk volume terhadap perubahan suhu pada tekanan tetap
V = Vo { 1 +
γ
p
( t
2
– t
1
) }
Keterangan
V
= volume gas pada suhu
t
( m
3
)
V o
= volume gas mula-mula ( m
3
)
γ
p
= koefisien muai gas pada tekanan tetap ( /
0
C)
t
1
= suhu mula-mula (
0
C )
t
2
= suhu akhir (
0
C )
Langkah kerja
1) Pasanglah sumbat karet pada
mulut labu didih, kemudian
masukkan pipa kapiler pada
lubang sumbat karet tersebut.
2) Isi gelas kimia dengan air,
celupkan ujung pipa kapiler ke
dalam air. Amati permukaan air
dalam pipa kapiler!
3) Panasi labu didih tersebut dengan
sebatang lilin. Amati apa yang
terjadi pada permukaan air dalam
pipa kapiler tersebut!
4) Gosoklah secara berulang-ulang dilatometer tersebut dengan
tanganmu! Amati ketinggian permukaan dalam pipa kapiler naik
atau turun?
5) Sentuh labu didih tersebut dengan kain yang dibasahi oleh air es.
Apa yang terjadi?
6) Nyatakan kesimpulanmu!
labu kaca
ketinggian air
89
Ilmu Pengetahuan Alam - Kelas VII SMP/MTs
b. Tekanan terhadap perubahan suhu pada volume tetap
P = Po { 1 +
γ
v
( t
2
– t
1
) }
Keterangan
P = tekanan gas pada suhu
t
( m
3
)
P o= tekanan gas mula-mula ( m
3
)
γ
v
= koefisien muai gas pada volume tetap ( /
0
C)
t
1
= suhu mula-mula (
0
C )
t
2
= suhu akhir (
0
C )
c. Muai volume gas
V = Vo ( 1 +
273
t
)
Dari hasil eksperimen yang dilakukan ternyata koefisien muai
untuk semua jenis gas adalah sama yaitu
273
1
/K atau 0,00367 /K
4. Masalah yang Ditimbulkan oleh Pemuaian dalam Kehidupan Sehari-hari
a. Pemasangan kaca jendela
Tukang kayu merancang ukuran bingkai jendela yang sedikit lebih
besar daripada ukuran sebenarnya. Hal ini dilakukan untuk memberi
ruang kaca saat terjadi pemuaian. Apabila desain jendela tidak diberi
ruangan pemuaian, maka saat kaca memuai akan mengakibatkan
retaknya kaca tersebut.
b. Celah pemuaian pada sambungan jembatan
Sering kamu jumpai sambungan antara dua jembatan beton
terdapat celah di antaranya. Hal ini bertujuan agar jembatan tersebut
tidak melengkung saat terjadi pemuaian.
c. Sambungan rel kereta api
Sambungan rel kereta api dibuat ada celah diantara dua batang
rel tersebut. Hal ini bertujuan agar saat terjadi pemuaian tidak
menyebabkan rel melengkung. Rancangan yang sering digunakan
sekarang ini sambungan rel kereta api dibuat bertautan dengan ujung
9 0
Ilmu Pengetahuan Alam - Kelas VII SMP/MTs
rel tersebut dibuat runcing. Penyambungan seperti ini memungkinkan
rel memuai tanpa menyebabkan kerusakan.
d. Kawat telepon atau kawat listrik
Pemasangan kawat telepon atau kawat listrik dibiarkan kendor saat
pemasangannya pada siang hari. Hal ini dilakukan dengan maksud,
pada malam hari kawat telepon atau listrik mengalami penyusutan
sehingga kawat tersebut tidak putus.
5. Penerapan Pemuaian dalam Kehidupan Sehari-hari
Beberapa manfaat pemuaian yang sering kita jumpai dalam
kehidupan sehari-hari, antara lain:
a. Pengelingan
Menyambung dua pelat dengan menggunakan paku khusus dengan
proses khusus disebut mengeling. Bagaimanakah cara pemasangan
paku keling? Paku keling yang dipakai untuk mengeling sesuatu dalam
keadaan panas sampai berpijar dan dimasukkan ke dalam lubang pelat
yang hendak kita keling. Kemudian paku bagian atas dipukul-pukul
sampai rata. Setelah dingin paku keling tersebut akan menyusut dan
menekan kuat pelat tersebut. Pengelingan dapat kamu jumpai pada
pembuatan badan kapal laut.
b. Keping bimetal
Dua keping logam yang mempunyai koefisien muai panjang
berbeda dikeling menjadi satu disebut keping bimetal. Keping bimetal
peka terhadap perubahan suhu. Jika keping bimetal dipanaskan, maka
akan melengkung ke arah logam yang angka koefisien muai
panjangnya kecil. Bila didinginkan, keping bimetal akan melengkung
ke arah logam yang angka koefisien muai panjangnya besar.
Perbedaan pemuaian ini dipakai sebagai termostat. Termostat adalah
alat yang berfungsi ganda sebagai saklar otomatis dan sebagai
pengatur suhu.
Beberapa alat yang memanfaatkan keping bimetal dalam termostat,
antara lain: setrika listrik, almari es, bel listrik, alarm kebakaran, lampu
sen mobil atau motor, rice cooker, oven.
c. Pemasangan bingkai roda logam pada pedati dan kereta api
Roda pedati dan roda kereta api memiliki ukuran lebih kecil
daripada ukuran bingkainya. Untuk dapat memasang roda logam
91
Ilmu Pengetahuan Alam - Kelas VII SMP/MTs
tersebut , maka dengan cara pemanasan. Hal ini mengakibatkan roda
logam akan mengalami pemuaian. Kemudian roda logam tersebut
dipasang pada bingkainya, setelah dingin roda akan menyusut dan
terpasang pada bingkainya dengan kuat.
TT
TT
T
ugug
ugug
ug
as Indias Indi
as Indias Indi
as Indi
viduvidu
viduvidu
vidu
1. Mengapa pemuaian pada zat padat sukar diamati daripada pemuaian zat gas?
2. Pada kegiatan eksperimen pemuaian zat gas, mengapa muncul gelembung-gelembung udara di
dalam pipa kapiler?
3. Mengapa setelah didinginkan gelembung-gelembung udara tersebut hilang?
Rangkuman
1. Alat yang digunakan untuk menyelidiki pemuaian zat padat disebut
muschen broek.
2. Alat yang digunakan untuk menyelidiki pemuaian zat cair disebut
labu didih.
3. Alat yang digunakan untuk menyelidiki pemuaian gas disebut
dilatometer.
4. Masalah yang ditimbulkan oleh pemuaian dalam kehidupan sehari-
hari
a. Pemasangan kaca jendela
b. Celah pemuaian pada sambungan jembatan
c. Sambungan rel kereta api
d . Kawat telepon atau kawat listrik
5. Beberapa manfaat pemuaian yang sering kita jumpai dalam
kehidupan sehari-hari, antara lain:
a. Pengelingan
d . Keping bimetal
e. Pemasangan bingkai roda logam pada pedati dan kereta api
Pengayaan
Apakah yang akan terjadi pada partikel benda, apabila suhu benda
dinaikkan? Apakah akibat selanjutnya terhadap benda itu?
9 2
Ilmu Pengetahuan Alam - Kelas VII SMP/MTs
Uji Kompetensi 5
A. Pilihlah salah satu jawaban yang paling benar, dengan memberikan
tanda silang (x) pada huruf a, b, c atau d!
1. Alat yang digunakan untuk menyelidiki muai panjang suatu benda
adalah ....
a. dilatometer
b. labu didih
c. muschen broek
d. termometer
2. Di bawah ini yang dapat mengalami muai panjang adalah ....
a. raksa, air dan aluminium
b. aluminium, besi, dan tembaga
c. besi, tembaga, dan raksa
d . raksa, air, dan kuningan
3. Satuan muai panjang adalah ....
a. m
b. /
0
C
c.
0
C
d. m/
0
C
4. Sebuah pipa tembaga panjang 1m dengan suhu 25
0
C. Panjang pipa
pada suhu 50
0
C adalah ....
a. 100,00425 cm
b. 100,0425 cm
c. 100,425 cm
d . 101,1875 cm
5. Berdasarkan percobaan muschen broek dapat ditarik kesimpulan
yaitu ....
a. pemuaian zat padat bergantung pada suhu, semakin panas
pemuaiannya semakin kecil
b. logam dapat mengalami muai bidang dan ruang
c. benda logam memuai jika didinginkan dan menyusut bila
dipanaskan
d . pemuaian zat padat berbeda-beda bergantung pada jenisnya.
93
Ilmu Pengetahuan Alam - Kelas VII SMP/MTs
6. Zat cair dapat mengalami muai ruang saja, karena ....
a. zat cair tidak memiliki massa tetap
b . zat cair tidak memiliki bentuk tetap
c. zat cair mudah menguap dan mudah mendidih dibanding zat
padat
d . zat cair tidak memiliki volume tetap
7. Pada suatu percobaan, memanaskan air dalam gelas erlenmeyer di
atas kompor yang mengakibatkan air tersebut meluap, hal ini
membuktikan bahwa ....
a. zat cair tumpah jika memuai
b. zat cair memuai jika dipanaskan
c. gelas erlenmeyer tidak muat untuk mendidihkan air
d . muai zat cair lebih besar daripada muai zat padat
8. Timah merupakan zat padat yang memiliki koefisien muai panjang
terbesar, yaitu 0,000029 artinya ....
a. akan berkurang panjangnya 0,000029 cm bila suhu dinaikkan 1
0
C
b. akan menyusut 29 cm bila suhunya dinaikkan menjadi 1
0
C
c. akan bertambah panjang 0,000029 cm jika suhunya dinaikkan
menjadi 1
0
C
d . akan bertambah panjang 29 cm jika suhunya dinaikkan 1
0
C
9. Koefisien muai panjang adalah ....
a. angka yang menunjukkan bertambah panjangnya suatu zat tiap
1 cm jika suhunya dinaikkan 1
0
C
b. angka yang menunjukkan berkurangnya panjang suatu zat tiap
1 cm jika suhunya dinaikkan 1
0
C
c. angka yang menunjukkan berkurangnya panjang suatu zat tiap
1 cm jika suhunya tetap 1
0
C
d . angka yang menunjukkan bertambah panjangnya suatu zat tiap
1 cm jika suhunya diturunkan 1
0
C
10. Pemuaian zat cair lebih besar dari zat padat. Pernyataan ini dapat
ditunjukkan pada peristiwa ....
a. penguapan air laut oleh panas matahari
b . es yang berada dalam gelas berisi penuh air ternyata es mencair
seluruhnya tidak ada yang tumpah
c. gelas yang berisi es, ternyata permukaan luar gelas basah
d . panci yang berisi air penuh, ternyata airnya dapat tumpah ketika
sedang mendidih
9 4
Ilmu Pengetahuan Alam - Kelas VII SMP/MTs
11. Alat yang digunakan untuk menyelidiki pemuaian zat cair adalah ....
a. muschen broek
b. dilatometer
c. labu didih
d. tensimeter
12. Saat minyak goreng dan air dimasukkan dalam labu yang berbeda
kemudian dipanaskan, ternyata permukaan zat cair minyak goreng
lebih tinggi daripada permukaan air. Hal ini disebabkan ....
a. koefisien muai volume minyak goreng lebih kecil daripada air
b. koefisien muai volume minyak goreng lebih besar daripada air
c. koefisien muai panjang minyak goreng lebih kecil daripada air
d . koefisien muai panjang minyak goreng lebih besar daripada air
13. Alat yang digunakan untuk menyelidiki pemuaian gas disebut ....
a. muschen broek
b. labu didih
c. dilatometer
d. tensimeter
14. Salah satu perbedaan antara zat gas dengan zat padat dan cair adalah
....
a. volume zat gas mudah diubah-ubah
b. volume zat gas tidak dapat diubah-ubah
c. volume zat padat mudah diubah-ubah
d . volume zat cair mudah diubah-ubah
15. Berikut ini masalah yang ditimbulkan oleh pemuaian dalam
kehidupan sehari-hari, yaitu ....
a. celah pada lubang pintu
b. celah pada sambungan jembatan
c. sambungan kabel
d . pemasangan tiang telepon
16. Tukang kayu merancang ukuran bingkai jendela sedikit lebih besar
daripada ukuran sebenarnya. Hal ini bertujuan ....
a. memudahkan pemasangan
b . untuk memberi ruang kaca saat terjadi pemuaian
c. memudahkan saat pembongkaran dilakukan
d . agar kelihatan rapi dan bagus
95
Ilmu Pengetahuan Alam - Kelas VII SMP/MTs
17. Pemasangan kawat telepon atau kawat listrik dibiarkan kendor saat
pemasangannya pada siang hari. Hal ini dilakukan dengan maksud
....
a. memudahkan pemasangan
b. memudahkan saat perbaikan
c. agar tidak putus saat terjadi penyusutan
d . agar tidak putus saat terjadi pemuaian
18. Berikut adalah manfaat pemuaian dalam kehidupan sehari-hari,
yaitu ....
a. pemasangan kawat telepon
b. pemasangan kaca jendela
c. pemasangan bingkai roda logam pada pedati dan kereta api
d . sambungan rel kereta api
19. Menyambung dua pelat dengan menggunakan paku khusus dengan
proses khusus disebut ....
a. keping bimetal
b . sambungan rel kereta api
c. mengeling
d. mengelas
20. Keping bimetal terdiri dari dua keping yang memiliki koefisien muai
panjang berbeda dikeling menjadi satu. Jika keping bimetal tersebut
dipanaskan, maka akan melengkung ke arah....
a. logam yang angka koefisien muai panjangnya besar
b. logam yang angka koefisien muai panjangnya kecil
c. logam yang angka koefisien muai ruangnya besar
d . logam yang angka koefisien muai ruangnya besar
B. Isilah titik-titik di bawah ini!
1 . Alat yang digunakan untuk menyelidiki pemuaian zat padat disebut ....
2 . Alat yang digunakan untuk menyelidiki pemuaian zat gas disebut ....
3 . Benda padat jika dipanaskan akan mengalami perubahan ..., ..., dan ...
4. Sifat utama zat cair adalah menyesuaikan dengan bentuk wadahnya.
Oleh karena itu zat cair hanya memiliki muai ... saja
5. Di dalam tabung elpiji, gas mengadakan tekanan pada ....
6. Sambungan pada jembatan dibuat bercelah. Hal ini bertujuan agar
saat terjadi pemuaian jembatan ....
9 6
Ilmu Pengetahuan Alam - Kelas VII SMP/MTs
7 . Alat yang berfungsi ganda sebagai saklar dan sebagai pengatur suhu
disebut ....
8. Apabila disain jendela tidak diberi ruangan pemuaian, maka saat
kaca ... mengakibatkan pecah.
9. Keping bimetal adalah ....
10. Pengelingan adalah ....
C . Jawablah pertanyaan di bawah ini dengan singkat dan tepat!
1. Jelaskan pengertian koefisien muai panjang!
2. Sebutkan 3 faktor yang mempengaruhi pemuaian zat gas!
3. Bandingkan pemuaian zat gas dengan zat padat!
4. Bagaimanakah cara membuktikan bahwa pemuaian zat cair lebih
besar daripada zat padat saat dipanaskan?
5. Sebutkan tiga alat yang yang bekerja berdasarkan bimetal!
6. Sebutkan tiga masalah yang ditimbulkan oleh pemuaian dalam
kehidupan sehari-hari!
7. Sebutkan tiga penerapan pemuaian dalam kehidupan sehari-hari!
8. Besi panjang panjang 1 meter dipanaskan dari 20
0
C menjadi 220
0
C.
Jika koefisien muai panjang besi 0,000012/
0
C, berapakah panjang
besi sekarang?
9. Balok besi pada suhu 20
0
C memiliki volume 1.000cm
3
. Jika koefisien
muai panjang besi 0,000012/
0
C, berapakah volume besi pada suhu
220
0
C?
10. Pada suhu 0
0
C volume alkohol 300cm
3
. Jika koefisien muai ruang
alkohol 0,001/
0
C dan alkohol dinaikkan suhunya menjadi 40
0
C,
berapakah pertambahan volume alkohol tersebut?