Islam, Sains, Dan Teknologi: Pemuaian Zat Padat

A. Muai Panjang

Pemuaian zat terjadi ke segala arah, sehingga panjang, luas, dan ukuran volume zat akan bertambah. Untuk zat padat yang bentuknya memanjang dan berdiameter kecil, sehingga panjang benda jauh lebih besar daripada diameter benda seperti kawat, pertambahan luas dan volume akibat pemuaian dapat diabaikan. Dengan demikian, hanya pertambahan ukuran panjang yang diperhatikan. Pemuaian yang hanya berpengaruh secara nyata pada pertambahan panjang zat disebut muai panjang. Salah satu alat yang digunakan untuk menyelidiki muai panjang zat padat adalah Musschenbroek.

Gambar 2. Musschenbroek adalah alat untuk menyelidiki muai panjang zat

Alat ini mengukur muai panjang zat berbentuk batang. Salah satu ujung batang ditempatkan pada posisi tetap, sehingga ujung yang lain dapat bergerak bebas, ujung yang bebas akan mendorong sebuah jarum yang menunjuk ke skala saat memuai. Besar pemuaian dapat dilihat dari skala yag ditunjuk jarum. Makin besar pemuaian, maka makin besar perputaran jarum pada skala.

Gambar 3. Sebuah batang logam sebelum dipanaskan dan dan setelah dipanaskan

Tiga batang logam yang dipanaskan

Pertambahan panjang suatu zat secara fisis:

1. Berbanding lurus dengan panjang mula-mula

2. Berbanding lurus dengan perubahan suhu

3. Bergantung dari jenis zat

Pertambahan panjang suatu zat secara matematis dapat dituliskan:

Keterangan:

= pertambahan panjang, dalam satuan meter

= panjang mula-mula, dalam satuan meter

= koefisien muai panjang, dalam satuan /°C

= perubahan suhu, dalam satuan °C

Pertambahan panjang setiap zat berbeda-beda bergantung pada koefisien zat. Pertambahan panjang zat padat untuk kenaikan 1°C pada zat sepanjang 1 m disebut koefisien muai panjang (

Tabel 1. Koefisien muai panjang beberapa zat padat

Pemuaian yang terjadi pada zat padat dapat berupa muai panjang, muai luas, atau muai volume. Pemuaian juga bergantung dari jenis bahannya (zat). Koefisien muai panjang aluminium jauh lebih besar daripada tembaga maupun besi sehingga pertambahan panjang yang terbesar terjadi pada aluminium (Al), tembaga (Cu), kemudian besi (Fe).

Itu artinya koefisien muai panjang

_Al >

_Cu >

_Fe.

Perbandingan muai logam yang dipanaskan

B. Muai Luas

Pada logam yang berbentuk lempengan tipis (berupa segiempat, segitiga, atau lingkaran), ukuran volume dapat diabaikan. Ketika lempengan tersebut mendapat pemanasan, maka dapat diamati hanya pemuaian luasnya saja. Dengan kata lain, zat padat tersebut mengalami muai luas.

Muai luas dapat diamati pada kaca jendela, pada saat suhu udara panas, dan suhu kaca menjadi naik sehingga terjadi pemuaian, maka kaca memuai lebih besar daripada pemuaian bingkainya, akibatnya kaca terlihat terpasang sangat rapat pada bingkai. Benda yang mengalami muai luas akan menjadi lebih besar daripada semula.

Pemuaian yang terjadi pada sebuah benda padat jika ketebalannya jauh lebih kecil dibandingkan panjang dan lebarnya, maka yang terjadi adalah muai luas.

Gambar 4. Sebuah kaca sebelum dipanaskan dan dan setelah dipanaskan

Sebuah kaca dipanaskan dan diukur dengan Musschenbroek

Pertambahan luas suatu zat bila dipanaskan akan:

1. Berbanding lurus dengan luas mula-mula

2. Berbanding lurus dengan perubahan suhu

3. Bergantung dari jenis zat

Pertambahan luas yang terjadi apabila benda menerima panas, secara matematis dapat dituliskan:

Keterangan:

= pertambahan luas, dalam satuan meter persegi (m²)

= luas mula-mula, dalam satuan meter persegi (m²)

= 2.= koefisien muai luas, dalam satuan /°C

= perubahan suhu, dalam satuan °C

C. Muai Volume

Jika benda yang kita panaskan berbentuk balok, kubus, atau berbentuk benda pejal lainnya, muai volumlah yang harus kita perhatikan (paling dominan).

Sebuah kubus dipanaskan dan diukur dengan Musschenbroek

Pertambahan volume suatu zat yang dipanaskan, secara fisis:
1. Berbanding lurus dengan volume mula-mula zat
2. Berbanding lurus dengan perubahan suhu zat
3. Bergantung dari jenis bahan

Pertambahan volume zat yang terjadi akibat panas, secara matematis dapat dituliskan: