Kegiatan Belajar 2 1. Kegiatan Belajar a. Tujuan Kegiatan Pembelajaran setelah mempelajari kegiatan belajar ini, diharapkan siswa dapat: Mendeskripkan fenomena yang berkaitan dengan pemuaian zat Menyebutkan jenis-jenis pemuaian zat Menjelaskan pengertian koefisien muai zat padat Menjelaskan kemungkinan perubahan sifat benda bila mengalami perubahan suhu Menjelaskan konsep pemuaian zat cair Menjelaskan konsep pemuaian gas Menjelaskan muai volume gas berkaitan dengan isobaric, isotermik dan isokhorik
Modul Fisika- Suhu dan Kalor
29
URAIAN MATERI
Modul Fisika- Suhu dan Kalor
30
Mengapa rel kereta api dipasang terpisah dengan rel lainnya? Mengapa pada musim dingin kabel terlihat kencang dan musim panas kabel terlihat kendor?
Modul Fisika- Suhu dan Kalor
31
KEGIATAN BELAJAR 2
PEMUAIAN ZAT Pemuaian merupakan gerakan atom penyusun benda karena mengalami pemanasan. Makin panas suhu suatu benda, makin cepat getaran antar atom yang menyebar ke segala arah. Karena adanya getaran atom inilah yang menjadikan benda tersebut memuai ke segala arah
Trisaslina2011.wordpress.com
Gambar 1. Molekul zat (a) padat (b) cair dan (c) gas
PEMUAIAN ZAT PADAT Pemuaian zat pada dasarnya ke segala arah, namun yang akan dipelajari pemuaian panjang, luas dan volume. Besar pemuaian yang dialami suatu benda bergantung pada tiga hal yaitu: - Ukuran awal benda - Karakteristik benda - Besar perubahan suhu benda
Modul Fisika- Suhu dan Kalor
32
Setiap zat padat mempunyai besaran yang disebut koefisien muai panjang.
Koefisien muai panjang suatu zat adalah angka yang menunjukan pertambahan panjang zat apabila suhunya dinaikan 1˚C. Makin besar koefisien muai panjang suatu zat apabila dipanaskan, maka makin besar pertambahan panjangnya
Zat padat memiliki struktur molekul yang jaraknya berdekatan. Zat cair jarak molekulnya agak renggang dan zat gas memiliki struktur molekul paling renggang
Contoh Penerapan Pada rel kereta api yang dipasang sedikit renggang atau berongga. Hal ini bertujuan untuk mencegah terjadinya kecelakaan kereta api yang disebabkan oleh relnya melengkung akibat pemuaian di siang hari.
mafia.mafiaol.com
Gambar 2. Rel Kereta Api
Modul Fisika- Suhu dan Kalor
33
Tabel Koefisien Muai Panjang
a. Pemuaian panjang Pada zat padat yang berukuran panjang dengan luas penampang kecil, seperti pada kabel dan rel kereta api. Pertambahan panjang pada zat padat relative kecil sehingga butuh ketelitian untuk mengetahuinya. Jika sebuah batang mempunyai panjang mula-mula l1, koefisien muai panjang (α), suhu mula-mula T1, lalu dipanaskan sehingga panjangnya menjadi I2 dan suhunya menjadi T2 maka berlaku persamaan sebagai berikut:
Karena
, maka persamaannya menjadi:
Keterangan: = panjang batang mula-mula (m) = panjang batang setelah dipanaskan (m) = selisih panjang batas = = koefisien muai panjang (l˚C) = suhu batang mula-mula(˚C) = suhu batang setelah dipanaskan (˚C) = selisih suhu (˚C)
Modul Fisika- Suhu dan Kalor
34
Contoh soal Sebuah benda yang terbuat dari baja memiliki panjang 1000cm. berapakah pertambahan panjang baja itu, jika terjadi perubahan suhu sebesar 50˚C? Diketahui: =1000cm = 50˚C = 12 x 10-6 ˚C-1 Ditanyakan : = ….? 1000x12x10-6x50=60 cm Jadi pertambahan panjang benda tersebut sebesar 60 cm
b. Pemuaian luas Unttuk benda-benda yang berbentuk lempengan plat (dua dimensi), akan terjadi pemuaian dalam arah panjang dan lebar. Dalam hal ini berarti lempengan tersebut mengalami pertambahan luas dan pemuaian luas.pertambahan luas pada benda dapat dirumuskan sebagai berikut
Diketahui =2α, maka persamaannya menjadi
Modul Fisika- Suhu dan Kalor
35
Contoh soal Pada suhu 30˚C sebua plat besi luasnya 10m2. Apabila suhunya dinaikkan menjadi 90˚C dan koefisien muai panjang besi sebesar 0,000012/˚C. maka tentukan luas plat besi tersebut! Diketahui: =10m2 = 90-30=60˚C = 0,000012˚C-1 = 2α = 0,000024 ˚C-1 Ditanyakan : = ….? = 10,0144 m2 Jadi luas plat besi setelah dipanaskan adalah 10,0144m2
c. Pemuaian volume Zat padat yang mempunyai tiga dimensi seperti bola dan balok, jika dipanaskan akan mengalami muai volume, yakni bertambahnya panjang lebar, dan tinggi zat padat tersebut. Karena muai volume merupakan penurunan dari muai panjang, maka ruang juga tergantung dari jenis zat. Sehingga persamaannya berlaku, sebagai berikut:
Karena
, maka persamaannya menjadi seperti berikut.
Modul Fisika- Suhu dan Kalor
36
CONTOH SOAL
PEMUAIAN PADA ZAT CAIR Zat cair tidak mengalami pemuaian panjang ataupun muai luas, tetapi hanya dikenal pemuaian ruang atau pemuaian volume saja. Semakin tinggi suhu yang diberikan pada zat cair itu maka semakin besar muai volumenya. Pemuaian zat cair untuk masing-masing jenis zat cair berbeda-beda, akibatnya walaupun mula-mula volume zat cair sama tetapi setelah dipanaskan volumenya menjadi berbedabeda. Pemuaian volume zat cair terkait dengan pemuaian tekanan karena peningkatan suhu.
Contoh Penerapan Karena
, maka menjadi berikut.pemuaian, Pada airpersamaannya yang digunakan dalam panic.seperti Air memgalami demikian juga dengan panic dan udara di sekitarnya, namun pemuaiannya begitu kecil sehingga tidak mudah untuk diamati.
Nambahtau.blogspot.com
Memanaskan air dalm panci Modul Fisika- Suhu dan Kalor
37
PEMUAIAN PADA GAS Pemuaian pada benda gas hanya bisa diamati jika gas terperangkap dalam ruang tertutup. Pemuaian gas pada ruang terbuka tidak dapat diamati karena di sekitar kita tertutup benda gas. Gas yang kita amati akan segera bercampur dengan gas gas di lingkungannya. Pemuaian gas terjadi karena dengan kenaikan suhu molekul gas bergerak lebih dan membutuhkan ruang yang lebih luas.
CARI INFORMASI
www.beritamobil24.blogspot.com
gambar ban mobil meletus
Modul Fisika- Suhu dan Kalor
Pemuaian pada gas terjadi misalnyapada mobil yang sedang melaju tiba-tiba meletus. Ban mobil tersebut meletus karena terjadi pemuaian gas di dalam ban. Pemuaian tersebut terjadi karena adanya kenaikan suhu udara di ban mobil akibat gesekan roda dengan aspal. Pemuaian gas dibedakan menjadi tiga macam, yaitu: a. Pemuaian gas pada tekanan tetap (isobaric) b. Pemuaian gas pada volume tetap (isokhorik) c. Pemuaian gas pada suhu tetap (isothermal)
38
RANGKUMAN Besar pemuaian yang dialami suatu benda bergantung pada tiga hal yaitu: - Ukuran awal benda - Karakteristik benda - Besar perubahan suhu benda Besarnya pertambahan ukuran/dimensi benda ditentukan oleh: - Jenis benda - Ukuran benda mula-mula - Jumlah kalor yang diberikan Pemuaian adalah perubahan ukuran suatu benda akibat perubahan suhu yang terjadi pada benda tersebut. Hal ini disebabkan adanya gerak partikel yang terjadi di dalam zat yang saling bertumbukan. Hubungan tekanan gas dan nolume gas dengan suhu gas tetap yang disebut proses isotermik Hubungan volume gas dan suhu gas dengan tekanan gas tetap yang disebut dengan isobaric. Hubungan tekanan gas dan suhu gas dengan volume gas tetap disebut dengan isokhorik
Modul Fisika- Suhu dan Kalor
39
TES FORMATIF 1. Jelaskan kemungkinan perubahan sifat benda jika mengalami perubahan suhu! 2. Jelaskan konsep pemuaian temperature dengan benar! 3. Jelaskan peristiwa anomaly dengan benar! 4. Jelaskan muai volume gas berkaitan dengan hukum boyle, Charles, gay lussac .
Modul Fisika- Suhu dan Kalor
40
KUNCI JAWABAN 1. Besar pemuaian yang dialami suatu benda bergantung pada tiga hal yaitu: - Ukuran awal benda - Karakteristik benda - Besar perubahan suhu benda Besarnya pertambahan ukuran/dimensi benda ditentukan oleh: - Jenis benda - Ukuran benda mula-mula - Jumlah kalor yang diberikan
2. Pemuaian adalah perubahan ukuran suatu benda akibat perubahan suhu yang terjadi pada benda tersebut. Hal ini disebabkan adanya gerak partikel yang terjadi di dalam zat yang saling bertumbukan. 3. Jika suatu zat dipanaskan maka volumenya akan bertambah besar karena pemuaian, tetapi hal ini tidak berlaku untuk suhu air pada suhu antra 0-4˚C, bila air dipanaskan maka volumenya akan berkurang. 4.
-
-
Hubungan tekanan gas dan nolume gas dengan suhu gas tetap yang disebut proses isotermik Hasil hokum Boyle disim[ulan bahwa pada suhu konstan, tekanan gas berbanding terbalik terhadap volume. Hubungan volume gas dan suhu gas dengan tekanan gas tetap yang disebut dengan isobaric. Hasil hokum Charles disimpulkan pada tekanan konstan, volume gas dengan massa tertentu sebanding dengan suhu mutlaknya. Hubungan tekanan gas dan suhu gas dengan volume gas tetap disebut dengan isokhorik. Hasil hokum Gay lussac bahwa pada volume konstan, tekanan gas dengan massa tertentu sebanding dengan suhu mutlaknya
Modul Fisika- Suhu dan Kalor
41
