gokil: pemuaian termal

PEMUAIAN TERMAL

Pemuaian termal merupakan pemuaian zat padat, cair, ataupun gas akibat kenaikan suhu atau temperatur zat itu.

Memuai >< menyusut

ü Pada umumnya setiap zat akan memuai bila dipanaskan.

ü Sifat-sifat suatu zat yang terkit dengan kenaikan dan penurunan suhu disebut sifat termal zat.

A. Pemuaian Zat Padat

Teori partikel zat padat:

ü Partikelnya tersusun rapat dan rapi

ü Jarak antar partikel sangat dekat

ü Tarik-menarik (interaksi) antarpartikelnya sangat kuat

ü Bentuk tetap

l = l₀ ∆l

Keterangan:

l = l₀= panjang zat mula-mula

t₁ = temperatur mula-mula

t₂ = temperatur akhir

kenaikan temperatur = ∆t = t₂ – t₁

Pertambahan panjang:

∆l ~ ∆t = ∆t → ∆l

∆l ~ l₀

∆l ~ zat padat apa? Pastinya selalu memiliki koefisien muai linear

α = bilangan yang menyatakan pertambahan panjang dari 1 m apabila suhu zat tersebut dianikkan sebesar 1°C atau 1 K

α = … /°C atau α =…/K

lt = panjang setelah dinaikkan

lt = lo + ∆l

lt = lo + lo α ∆t

lt = lo (1 + α ∆t)

α = fraksi antara pertambahan panjang benda dengan panjang mula-mula per perubahan suhu

∆l = l ∆t

𝛼 =

V = l₁ x l₂ x l₃

Vt = Vo + ∆V

Vt = Vo (1 +

)

l₂

l₃

l₁

Dari V = l₁ x l₂ x l₃

(l₁ x l₂ x l₃)

l₂ l₃ +

l₁ l₃

Zat padat ketika memuai, maka padanya akan terjadi regangan (strain).

Tegangan / Tekanan

F = W

Modulus Young

B. Pemuaian Pada Zat Cair

Partikel tersusun renggang (berjauhan)

· Interaksi antara partikel (lemah/kurang kuat)

· Mengikuti wadah

· Inkompresibel (tidak dapat dimampatkan)

· Pemuaian zat cair (air) disebabkan pemuaian oleh wadahnya + γ_wadah

· Pemuaian oleh air + γ_cair

· Pemuaiannya bisa dikatakan pemuaian semu

Koefisien muai semu : γ_s = γ_cair - γ_wadah

V_t = V₀ ( 1 + ∆T . γ_s ) wadah diasumsikan

V_t = V₀ ( 1 + ∆T . γ_cairan ) tidak memuai

Anomali air adalah peristiwa penyusutan air ketika dipanaskan dari suhu 0^o – 4^oC, akibat perubahan ikatan molekul air. Pada suhu 0^o – 4^oC, air memiliki ρ paling besar.

Penurunan massa jenis zat : ρ

V₀ = volume awal

t = kenaikan suhu

Vt = V₀ ( 1 + γ∆t )

Vt > V₀ à Pemuaian termal

ρ₀ = m₀ / V₀ ; ρt = m₀ / Vt

ρ₀ > ρt à Konveksi

ρt < ρ₀

*m₀ massa zat itu tetap sebelum dan sesudah reaksi

C. Pemuaian Gas

Pemuaian pada gas dapat dilakukan dengan beberapa cara :

1. Volume konstan

Pada saat volume konstan, yang berubah adalah tekanannya (Pt).

Pt = P₀ ( 1 + ∆t.γ_v )

Berikut ini adalah grafik untuk volume konstan :

2. Tekanan tetap (untuk zat padat dan cair, sifat termalnya tidak berubah oleh tekanan).

Pada saat tekanan konstan, yang berubah adalah volumenya (Vt).

Vt = V₀ ( 1 + ∆t.γ_p )

Berikut ini adalah grafik untuk tekanan konstan :

Berdasarkan percobaan, ternyata untuk semua gas, γ_v = γ_p = 0,0036 = 1/273.

Jadi, Pt = P₀ ( 1 + t/273 ) ; Vt = V₀ ( 1 + t/273 )

3. Volume dan tekanan berubah.

Soal dan Pembahasan

1. Sebuah jembatan baja panjangnya 1000 m. Bila temperatur dinaikkan dari 0 sampai 30° C maka pertambahan panjangnya adalah 0,33 m. Berapakah pertambahan panjang baja berukuran 50 m jika temperaturnya dinaikkan dari 0 sampai 60° C ?

Penyelesaian :

Diketahui : L₁ = 1000 m, ∆T1 = 30 K, ∆L1 = 0,33 m

L₂ = 50 m, ∆T2 = 60 K

Ditanya : ∆L2 = …….?

Jawab :

∆

= α

∆

Α =

= 11

∆

= α .

. ∆

= 11

/K x 50 m x 60 K

= 0,033 m

2. Sebuah tembaga panjangnya 24 m, ketika dipanaskan panjang baja menjadi 24,02 m. Berapakah kenaikan temperatur yang dialami baja. (α = 17

/K)

Penyelesaian :

Diketahui :

; L₁ = 24,02 m;

Ditanya : ∆T = …… ?

Jawab :

∆L = L – Lo

= 24,02 m – 24 m

= 0,02 m

∆L =

. ∆T

3. Sebuah bejana kaca 1 Liter diisi sampai penuh dengan air raksa pada 10°C. Jika temperature naik menjadi 50°C, berapa banyak air raksa yang tumpah dari bejana tersebut?

Penyelesaian :

Diketahui : ∆T = 40 K

V_kaca = 1 Liter

α = 9 x 10^-6/K

Ditanya : jumlah air raksa yang tumpah?

Jawab :

∆V_bejana =