Pada sebuah pengamatan yang dilakukan pada sebuah benda yang diberikan perubahan suhu maka akan mengalami pemuaian. Proses pemuaian tersebut memang tidak terlihat jelas karena pemuaian benda tersebut sangat kecil jika dibandingkan dengan ukuran semula. Meskipun demikian, proses pemuaian benar-benar terjadi. Untuk mengetahui lebih lengkap tentang pemuaian, berikut ini kami akan berikan informasi tentang pengertian pemuaian, jenis, rumus dan contoh soal dengan penjelasan paling lengkap.
Pengertian Pemuaian
Pemuaian adalah bertambahnya ukuran suatu benda akibat adanya kenaikan suhu zat tertentu. Pemuaian dapat terjadi pada jenis zat cair, zat gas maupun zat padat. Besarnya pemuaian zat pada benda tergantung dari ukuran benda pertamanya, kenaikan suhu dan jenis zatnya. Efek dari pemuaian zat bermanfaat pada suatu pengembangan dalam berbagai bidang ilmu dan teknologi.
Menurut pendapat De Chaira 1978: saat sebuah bahan mengalami pemanasan, maka volumenya selalu meningkat dan setiap dimensinya juga akan meningkat bersamaan.
Pemuaian panas adalah perubahan suatu benda akibat terkena panas (kalor) baik menjadi bertambah panjang, luas, lebar atau berubah volumenya.
Masing-masing benda mengalami pemuaian yang berbeda-beda tergantung dari suhu sekitar dan koefisien muai atau daya muai dari benda tersebut. Sebagian besar zat dapat mengalami pembesaran ketika dipanaskan dan akan mengalami pengecilan ketika didinginkan.
Pada saat Zat dipanaskan maka molekul-molekul pada zat tersebut akan bergetar lebih cepat dan amplitudo getaran semakin bertambah besar sehingga jarak antara molekul benda menjadi lebih besar dan terjadi sebuah pemuaian.
Pemuaian terjadi pada zat padat, zat cair dan zat gas, lebih lanjut berikut jenis-jenis pemuaian dan penjelasanya.
Jenis Pemuaian
Pemuaian dibagi menjadi 3 jenis, yaitu pemuaian zat padat, pemuaian zat gas dan pemuaian zat cair, berikut penjelasannya.
1. Pemuaian Zat Padat
Pemuaian zat padat adalah jenis pemuaian yang terjadi pada suatu bendam contohnya pada rel kereta api, bingkai jendela dan kabel listrik. Proses pemuaian terjadi pada seluruh bagian benda tersebut.
Pemuaian zat padat dibagi menjadi tiga, yaitu pemuaian panjang, pemuaian luas dan pemuaian volume.
Pemuaian Panjang
Pemuaian panjang adalah bertambahnya ukuran panjang pada suatu benda akibat menerima kalor. Dibandingkan nilai panjang benda, pada pemuaian panjang nilai lebar dan tebal sangatlah kecil sehingga lebar dan tebal dianggap tidak ada.
Contoh benda yang mengalami pemuaian panjang adalah kawat kecil yang sangat panjang.
Pemuaian panjang pada benda dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu panjang awal benda, koefisien muai panjang dan besar perubahan suhu.
Koefisien muai panjang dipengaruhi oleh jenis benda atau jenis bahan.
Berikut ini persamaan yang digunakan untuk menentukan pertambahan panjang benda setelah dipanaskan pada suhu tertentu:
ΔL = L0.α.Δt
L = L0 (1 + α.Δt)
Keterangan:
L = Panjang akhir (m)
Lo = Panjang mula-mula (m)
ΔL = Pertambahan panjang (m)
α = Koefisien muai panjang (/oC)
Δt = Kenaikan suhu (oC)
Baca Juga : Pengertian Zat Padat
Pemuaian Luas
Pemuaian luas adalah bertambahnya ukuran luas pada suatu benda akibat menerima kalor. Pemuaian luas terjadi pada benda yang memiliki ukuran panjang dan lebar, sedangkan tebal yang sangat kecil tidak dianggap ada.
Contoh benda dengan pemuaian luas seperti bingkai jendela.
Pemuaian luas pada benda dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti luas awal, koefisien muai luas dan perubahan suhu.
Berikut ini persamaan yang digunakan untuk menentukan pertambahan luas dan volume akhir:
A = Ao + ΔA
ΔA = Ao – β Δt
ΔA = Ao (1+β Δt)
Keterangan:
A = Luas akhir (m2)
Δo = Pertambahan luas (m2)
Ao = Luas mula-mula (m2)
β = Koefisien muai luas zat (/0C)
Δt = Kenaikan suhu (0C)
Pemuaian Volume
Pemuaian volume adalah pertambahan ukuran volume suatu benda akibat menerima kalor. Pemuaian volume terjadi pada benda yang memiliki ukuran panjang, lebar dan tebal.
Contoh benda dengan pemuaian volume yaitu udara, air dan kubus.
Volume adalah bentuk lain dari panjang dalam 3 dimensi, untuk menentukan koefisien muai volume sama dengan 3 kali koefisien muai panjang.
Berikut ini persamaan yang digunakan untuk menentukan pertambahan volume dan volume akhir suatu benda:
V = Vo (1 + γ . Δt)
Keterangan:
V = Volume akhir (m3)
Vo = Volume mula-mula (m3)
ΔV = Pertambahan volume (m3)
γ = Koefisien muai volume (/oC)
Δt = Kenaikkan suhu (oC)
2. Pemuaian Zat Cair
Pemuaian Zat Cair dikenal dengan muai ruang atau muai volume dan tidak melibatkan muai panjang atau muai luas. Jadi disimpulkan bahwa semakin tinggi suhu yang diberikan pada zat cair maka semakin besar muai volumenya.
Pemuaian zat cair pada masing-masing jenis zat cair berbeda-beda, karena itulah meskipun awal volume zat cair sama namun setelah dipanaskan volumenya menjadi berbeda-beda.
Pemuaian volume zat cair berkaitan dengan tekanan karena peningkatan suhu.
Titik pertemuan antara wujud cair, padat dan gas disebut dengan Triple Point.
Baca Juga : Pengertian Zat Cair
3. Pemuaian Zat Gas
Gas mengalami pemuaian pada saat suhu bertambah dan akan mengalami penyusutan ketika suhu menurun.
Pada pemuaian zat gas hanya ada muai volume gas saja dan tidak dikenal muai panjang ataupun muai luas.
Rumus yang digunakan pada pemuaian gas atau pemuaian volume yaitu:
V = V_o (1 + y . Δl)
Keterangan:
y = Koefisien muai volume (1/273oC)
Pemuaian Zat gas dibagi menjadi 3 macam, yaitu pemuaian gas saat isotermal, isobarik dan isohkorik, berikut penjelasannya:
1. Pemuaian Gas Saat Isotermal
Contoh pemuaian gas saat isotermal yaitu pada saat mempompa untuk mengisi angin pada ban sepeda, awalnya akan terasa ringan tapi lama kelamaan akan semakin terasa berat. Hal ini dikarenakan pada saat menekan pompa, volume gas tersebut mengecil.
Pemuaian gas ada suhu tetap berlaku hukum Boyle yang menyatakan jika gas dalam ruang tertutup yang suhu dijaga tetap maka hasil kali tekanan dan volume gas adalah tetap.
Berdasarkan pernyataan tersebut, maka dapat dirumuskan sebagai berikut:
PV = Tetap atau P_1 V_1 = P_2 V_2
Keterangan:
P = Tekanan (atm)
V = Volume (L)
Baca Juga : Pengertian Zat Gas
2. Pemuaian Gas saat Isobarik
Pemuaian gas pada tekanan tetap berlaku hukum Gay Lussac yaitu yang menyatakan gas dalam ruang tertutup dengan tekanan dijaga tetap, maka volume gas sebanding dengan suhu mutlak gas.
Berdasarkan pernyataan tersebut, maka dapat dirumuskan sebagai berikut:
V1/(T1) = V2/T2
Keterangan:
V = Volume (L)
T = Suhu (K)
3. Pemuaian Gas saat Isohkorik
Pemuaian gas pada tekanan tetap berlaku hukum Boyle-Gay Lussac yaitu menyatakan jika volume gas dalam ruang tertutup dijaga tetap, maka tekanan gas sebanding dengan suhu mutlaknya.
Berdasarkan pernyataan tersebut, maka dapat dirumuskan sebagai berikut:
P1/T1 = P2/T2
Keterangan:
P = Tekanan (atm)
T = Suhu (K)
Contoh Soal Pemuaian
Sebuah baja memiliki panjang 1200 cm. Berapakah panjang akhir baja itu, jika terjadi perubahan suhu sebesar 50°C? (αbaja= 12 × 10-6 °C-1)
Pembahasan
Diketahui:L0 = 1200cm = 1.2m
∆T = 50°C
αbaja= 12 × 10-6 °C-1Penyelesaian:
L = L0 + ∆L
∆L = L0 αbaja ∆T
L = 1.2 + 1.2 12 × 10-6 50
L = 1.2 + 720 10-6
L = 1.20072 mJadi panjang akhir baja tersebut adalah 1.20072 m
Penerapan Konsep Pemuaian Zat
Terdapat beberapa penerapan konsep dan prinsip pemuaian zat dalam kehidupan sehari-hari. Beberapa contoh penerapannya antara lain:
1. Pemasangan kaca pada jendela
Pemasangan kaca pada sebuah jendela selalu memperhatikan ruang muai buat kaca, hal ini dikarenakan koefisien muai kaca lebih besar dibandingkan dengan koefisien muai kayu tempat kayu tersebut dipasang.
Hal tersebut penting diperhatikan untuk menghindari terjadinya pembengkokan pada bingkai kaca jendela.
2. Pemasangan Kabel Jaringan
Pemasangan kabel pada jaringan telepon atau kabel listrik sengaja dipasang kendur dari tiang satu ke tiang lainnya agar pada saat udara dingin panjang kabel akan sedikit berkurang dan mengencang.
Pemasangan kabel yang terlalu kencang akan memudahkan kabel terputus ketika terjadi penyusutan.
3. Pemasangan Sambungan Rel Kereta Api
Proses penyambungan rel kereta api harus menyediakan celah antar satu batang rel dengan batang rel yang lainnya. Ketika suhu meningkat, maka batang rel akan memuai hingga bertambah panjang.
Dengan adanya celah yang disediakan ruang muai antar rel, maka tidak akan terjadi desakan antar rel yang dapat menyebabkan rel menjadi bengkok.
Penyebab Pemuaian
Proses terjadinya sebuah pemuaian akibat adanya beberapa hal seperti kenaikan temperatur, tekanan tinggi dan laju alir yang terlalu cepat.
Saat terjadi kenaikan temperatur, maka terjadi pergerakan partikel yang saling bertabrakan satu dengan lainnya.
Adanya partikel yang bertabrakan menyebabkan terjadinya perluasan daerah secara alamiah atau pemuaian.
Selanjutnya, ketika tekanan tinggi masuk pada suatu alat juga dapat menyebabkan pemuaian.
Pada saat tekanan mendekati batas maksimum tekanan pada data design, maka unit tersebut akan menyesuaikan diri dengan tekanan sekitarnya.
Pemuaian memiliki batas maksimal, yang artinya pada alat tersebut tidak bisa lagi menyesuaikan dengan tekanan yang ada dan hal ini dapat menyebabkan ledakan dan kebocoran.
Selanjutnya, laju air yang terlalu tinggi juga menyebabkan terjadinya pemuaian akibat adanya gaya gesek dari fluida yang mengalir.
Pada saat laju alir terlalu tinggi, maka menyebabkan partikel bergesakan dan bergerakan cepat.
Proses pemuaian akibat laju alir memiliki prinsip yang tidak jauh berbeda dengan pemuaian akibat kenaikan temperatur.
Demikian artikel mengenai Pemuaian dan Pengertiannya. Semoga artikel ini dapat bermanfaat dan menambah wawasan anda mengenai pelajaran Ilmu Pengetahuan Alam.