Pemuaian Volume Pada Zat Padat, Cair & Gas (Rumus, Teladan Soal Dan Pembahasan)

Pada umumnya tiruana zat memuai jikalau digerahkan, kecuali air pada suhu di antara 0oC dan 4oC volumenye menyusut. Pemuaian zat umumnya terjadi ke segala arah, ke arah panjang, ke arah lebar dan ke arah tebal. Namun, pada pembahasan tertentu mungkin kita spesialuntuk memandang pemuaian ke satu arah tertentu, contohnya ke arah panjang, sehingga kita spesialuntuk spesialuntuk mengulas pemuaian panjang.

Untuk zat cair dan gas yang bentuknya tidak tentu maka kita spesialuntuk mengulas pemuaian volumenya. Nah, pada peluang kali ini kita akan mengulas pemuaian volume pada zat padat, zat cair, dan zat gas lengkap dengan rumus, pola soal dan pembahasannya. Namun sebelum itu, kita ulas lampau materi wacana pemuaian panjang dan luas diberikut ini.

Apa itu Pemuaian Panjang?

Pemuaian panjang disebut juga dengan pemuaian linier. Pemuaian panjang zat padat berlaku jikalau zat padat itu spesialuntuk dipandang sebagai satu dimensi (berbentuk garis). Di Sekolah Menengah Pertama materi ini sudah dibahas dan percobaan yang sudah mengulas wacana pemuaian panjang zat padat ialah percobaan Musschenbroek.

Hasil dari percobaan Musschenbroek sanggup disimpulkan bahwa pertambahan panjang zat padat yang digerahi sebanding dengan panjang mula-mula, sebanding dengan kenaikan suhu dan tergantung pada jenis zat padat. Untuk membedakan sifat muai banyak sekali zat dipakai konsep koefisien muai.

Untuk pemuaian panjang dipakai konsep koefisien muai panjang atau koefisien muai linier yang sanggup didefinisikan sebagai perbandingan antara pertambahan panjang zat dengan panjang mula-mula zat, untuk tiap kenaikan suhu sebesar satu satuan suhu.

Jika koefisien muai panjang dilambangkan dengan α dan pertambahan panjang ΔL, panjang mula-mula L0 dan perubahan suhu ΔT maka koefisien muai panjang sanggup ditetapkan dengan persamaan:

α	=	∆L	…,,,,…. Pers. (1)
		L0∆T

Sehingga satuan dari α adalah 1/K atau K-1. Dari persamaan (1) di atas, diperoleh pula persamaan diberikut.

∆L = αL0∆T ……...…. Pers. (2)

Dimana ∆L = Lt – L0, sehingga persamaan (2) menjadi:

Lt – L0 = αL0∆T

Lt = L0 + αL0∆T

Lt = L0(1 + α∆T) ... Pers. (3)

Keterangan:

Lt = panjang benda ketika digerahkan (m)

L0 = panjang benda mula-mula (m)

α = koefisien muai linear/panjang (/oC)

∆T = perubahan suhu (oC)

Tabel Koefisien Muai Panjang dari Beberapa Jenis Zat Padat

Jenis Bahan	Koefisien muai Panjang  (dalam K-1)
Kaca	0,000009
Baja/besi	0,000011
Aluminium	0,000026
Pirex (Pyrex)	0,000003
Platina	0,000009
Tembaga	0,000017

Apa itu Pemuaian Luas?

Jika zat padat tersebut memiliki 2 dimensi (panjang dan lebar), kemudian digerahi tentu baik panjang maupun lebarnya mengalami pemuaian atau dengan kata lain luas zat padat tersebut mengalami pemuaian. Koefisien muai pada pemuaian luas ini disebut dengan koefisien muai luas yang didiberi lambang β.

Analog dengan pemuaian panjang, maka jikalau luas mula-mula A0, pertambahan luas ΔA dan perubahan suhu ΔT, maka koefisien muai luas sanggup ditetapkan dengan persamaan:

β	=	∆A	……..…. Pers. (4)
		A0∆T

Dari persamaan (4) di atas, diperoleh pula persamaan diberikut.

∆A = βA0∆T …..…...…. Pers. (5)

Dimana ∆A = At – A0, sehingga persamaan (5) menjadi:

At – A0 = βA0∆T

At = A0 + βA0∆T

At = A0(1 + β∆T) ….. Pers. (6)

Berdasarkan penurunan persamaan pemuaian luas, diperoleh nilai β = 2α sehingga persamaan (6) sanggup juga ditulis sebagai diberikut.

At = A0(1 + 2α∆T) ... Pers. (7)

Keterangan:

At = luas benda ketika digerahkan (m2)

A0 = luas benda mula-mula (m2)

β = 2α = koefisien muai luas (/oC)

∆T = perubahan suhu (oC)

Pemuaian Volume pada Zat Padat

Zat padat yang memiliki bentuk ruang, jikalau digerahkan mengalami pemuaian volum. Koefisien pemuaian pada pemuaian volum ini disebut dengan koefisien muai volum atau koefisien muai ruang yang didiberi lambang γ. Jika volum mula-mula V0, pertambahan volum ΔV dan perubahan suhu ΔT, maka koefisien muai volum sanggup ditetapkan dengan persamaan:

γ	=	∆V	………. Pers. (8)
		V0∆T

Dari persamaan (8) di atas, diperoleh pula persamaan diberikut.

∆V = γV0∆T …..……. Pers. (9)

Dimana ∆V = Vt – V0, sehingga persamaan (9) menjadi:

Vt – V0 = γV0∆T

Vt = V0 + γV0∆T

Vt = V0(1 + γ∆T) .… Pers. (10)

Berdasarkan penurunan persamaan pemuaian volume, diperoleh nilai γ = 3α sehingga persamaan (6) sanggup juga ditulis sebagai diberikut.

Vt = V0(1 + 3α∆T) … Pers. (11)

Keterangan:

Vt = luas benda ketika digerahkan (m3)

V0 = luas benda mula-mula (m3)

γ = 3α = koefisien muai volume (/oC)

∆T = perubahan suhu (oC)

Pemuaian Volume pada Zat Cair

Pada pembahasan sebelumnya sudah dijelaskan bahwa pada umumnya setiap zat memuai jikalau digerahkan, kecuali air jikalau digerahkan dari 0oC hingga 4oC akan menyusut. Sifat keguahan air menyerupai itu disebut anomali air. Grafik anomali air menyerupai diperlihatkan pada gambar diberikut ini.

Keterangan:

Pada suhu 4oC diperoleh:

a) volume air terkecil

b) massa jenis air terbesar

Karena pada zat cair spesialuntuk mengalami pemuaian volume, maka pada pemuaian zat cair spesialuntuk diperoleh persamaan diberikut.

Vt = V0(1 + γ∆T)

∆V = γV0∆T

Tabel Koefisien Muai Ruang Zat Cair untuk Beberapa Jenis Zat dalam Satuan K-1

No.	Jenis Zat Cair	Koefisien muai Panjang
1.	Alkohol	0,0012
2.	Air	0,0004
3.	Gliserin	0,0005
4.	Minyak parafin	0,0009
5.	Raksa	0,0002

Pemuaian Volume pada Zat Gas

Jika gas digerahkan, maka sanggup mengalami pemuaian volume dan sanggup juga terjadi pemuaian tekanan. melaluiataubersamaini demikian pada pemuaian gas terdapat beberapa persamaan, sesuai dengan proses pemanasannya.

1. Pemuaian Volume pada Tekanan Tetap (Isobarik)

Perhatikan gambar diberikut ini.

Keterangan:

Gambar (a): gas di dalam ruang tertutup dengan tutup yang bebas bergerak.

Gambar (b): gas di dalam ruang tertutup tersebut digerahi dan ternyata volume gas memuai sebanding dengan suhu mutlak gas.

Jadi pada tekanan tetap, volume gas sebanding dengan suhu mutlak gas itu. Pernyataan itu disebut Hukum Gay-Lussac. Secara matematik sanggup ditetapkan:

V T

Atau secara lengkap sanggup ditulis dalam bentuk persamaan diberikut.

V	=	tetap	atau	V1	=	V2	… Pers. (12)
T				T1		T2

2. Pemuaian Tekanan Gas pada Volume Tetap (Isokhorik)

Perhatikan gambar diberikut ini.

Gas dalam ruang tertutup rapat yang sedang digerahi. Jika pemanasan terus dilakukan maka sanggup terjadi ledakan. Hal tersebut sanggup terjadi alasannya ialah selama proses pemanasan, tekanan gas di dalam ruang tertutup tersebut memuai. Pemuaian tekanan gas tersebut sebanding dengan kenaikan suhu gas.

Jadi, pada volume tetap tekanan gas sebanding dengan suhu mutlak gas. Pernyataan itu disebut juga dengan hukum Gay-Lussac. Secara matematik sanggup ditetapkan sebagai diberikut.

P T

Atau secara lengkap sanggup ditulis dalam bentuk persamaan diberikut.

P	=	tetap	atau	P1	=	P2	… Pers. (13)
T				T1		T2

3. Pemuaian Volume Gas pada Suhu Tetap (Isotermis)

Perhatikan gambar diberikut ini.

Keterangan:

Gambar (a): Gas di dalam ruang tertutup dengan tutup yang sanggup digerakkan dengan bebas.

Gambar (b): Pada ketika tutup tabung digerakkan secara perlahan-lahan, biar suhu gas di dalam tabung tetap maka pada ketika volume gas diperkecil ternyata tekanan gas dalam tabung bertambah besar dan bila volume gas diperbesar ternyata tekanan gas dalam tabung mengecil.

Jadi, pada suhu tetap, tekanan gas berbanding terbalik dengan volume gas. Pernyataan itu disebut hukum Boyle. Salah satu penerapan aturan Boyle yaitu pada pompa sepeda. Dari aturan Boyle tersebut, diperoleh:

PV = tetap

atau

P1V1 = P2V2 ………. Pers. (14)

Jika pada proses pemuaian gas terjadi dengan tekanan berubah, volum berubah dan suhu berubah maka sanggup diselesaikan dengan persamaan hukum Boyle - Gay Lussac, dimana:

PV	=	tetap	atau	P1V1	=	P2V2	… Pers. (15)
T				T1		T2

misal Soal dan Pembahasan

1. Sebatang besi yang panjangnya 80 cm, digerahi hingga 50oC ternyata bertambah panjang 5 mm, maka berapa pertambahan panjang besi tersebut jikalau panjangnya 50 cm digerahi hingga 60oC?

Penyelesaian:

Diketahui:

L01 = 80 cm

L02 = 50 cm

∆T1 = 50oC

∆T2 = 60oC

∆L1 = 5 mm

Ditanyakan: ∆L2 = …?

Jawab:

Karena jenis materi sama (besi), maka:

α1 = α2

∆L1	=	∆L2
L01∆T1		L02∆T2

5	=	∆L2
80 × 50		50 × 60

5	=	∆L2
4000		3000

4000∆L2 = 5 × 3000

4000∆L2 = 15000

∆L2 = 15000/4000

∆L2 = 3,75 mm

2. Sebuah ember tembaga dengan volume 100 cm3 diisi penuh dengan air pada suhu 30oC. Kemudian keduanya digerahi hingga suhunya 100oC. Jika αtembaga = 1,8 × 10-5/oC dan γ air = 4,4 × 10-4/oC. Berapa volume air yang tumpah ketika itu?

Penyelesaian:

Diketahui:

V0 tembaga = V0 air = 100 cm3

∆T = 100oC – 30oC = 70oC

α tembaga = 1,8 × 10-5/oC

γ tembaga = 3α = 3 × 1,8 × 10-5 = 5,4 × 10-5/oC

γ air = 4,4 × 10-4/oC

Ditanyakan: V air yang tumpah = …?

Jawab:

Untuk tembaga:

Vt = V0(1 + γ∆T)

Vt = 100(1 + 5,4 × 10-5 × 70)

Vt = 100(1 + 3,78 × 10-3)

Vt = 100(1 + 0,00378)

Vt = 100(1,00378)

Vt = 100,378 cm3

Untuk air:

Vt = V0(1 + γ∆T)

Vt = 100(1 + 4,4 × 10-4 × 70)

Vt = 100(1 + 3,08 × 10-2)

Vt = 100(1 + 0,0308)

Vt = 100(1,0308)

Vt = 103,08 cm3

Jadi, volume air yang tumpah ialah sebagai diberikut.

V air tumpah = Vt air – Vt tembaga

V air tumpah = 103,08 – 100,378

V air tumpah = 2,702 cm3

3. Gas dalam ruang tertutup memiliki tekanan 1 cmHg. Jika kemudian gas tersebut ditekan pada suhu tetap sehingga volum gas menjadi 1/4 volum mula-mula, berapa tekanan gas yang terjadi?

Penyelesaian:

Diketahui:

P1 = 1 atm

V2 = 1/4 V1

Ditanyakan: P2 = …?

Jawab:

P1V1 = P2V2

1V1 = P2(1/4V1)

V1 = 1/4V1P2

P2 = 4 atm

Sumber https://www.fisikabc.com/

Share :