II. LANDASAN TEORI Penelitian ini beranjak dari kenyataan bahwa setiap bahan (unsur dan Senyawa) cenderung memiliki koefisien pemuaian yang berbeda antara satu sama lain. Dengan menggunakan sampel standar yang diketahui koefisien pemuaiannya (yang dalam hal ini adalah pemuaian pada dimensi pa.njang), maka perubahan perbedaan panjang sampel pada setiap kondisi temperatur yang berbeda akan dapat digunakan untuk menentukan koefisien pemuaian pada sampel yang ingin diketahui koefisiennya. Dalam. hal ini, koefisien pemuaian bahan uji dinyatakan dengan kelipatan koefisien muai panjang bahan standar. Cara inilah yang disebut dengan Koefisien Pemuaian Relatif.
A. Alat Ukur Ingenhauss
Alat ukur ingenhauss adalah alat ukur muai panjang logam standar laboratoriurn pendidikan perguruan tinggi. Berdasarkan hasil pengukuran besaran koefisien muai panjang logam dengan alat ini, diperoleh gambaran bahwa rata-rata kesa.lahan relatif mencapai 16%. Telaah aspek kelemahan alat ini memberikan gambaran sebagai berikut : 1. Piranti alat ukur panjang hanya. mampu mendeteksi arah perpanjangan pada salah satu ujung sampel, tanpa mampu mengontrol pertambahan panjang logam pada sisi lainnya. 2. Sistem medium pemanas hanya mampu mencapai suhu maksimum 120°C karena medium kerja yang dapat digunakan adalah Air atati Ua.p Air. 3. Konstruksi instrumen tidak memungkinkan penggantian medium pemanas dengan fluida lain karena kondisinya yang dirancang untuk temperatur maksimum sama dengan super heat vapour, ya.kni maksimum 150°C.
4
Masukan medium pemanas
termometer
selongsong bahan uji Skala
medium pemanas
1st
bantalan statip
keluaran medium pemanas
Gb. 1. Bagan Mat Ukur Muai Panjang Ingenhauss Konvensional buatan Pudak Scientific tahun pembuatan 1998.
Mengingat bahwa untuk keperluan percobaan di laboratorium diperlukan instrumen yang tingkat ketelitiannya tinggi (minimum 90%) maka perlu upaya modifikasi agar kebutuhan tersebut dapat dipenuhi. Upaya ini ditempuh dengan pertimbangan bahwa alat ukur muai panjang yang lebih akurat sangat sulit diperoleh disa.mping harganya relatif sangat mahal.
B. Pengukuran Koefisien Muai Panjang Sistern Relatifitas
Jika suatu sampel pada temperatur t panjangnya adalah L dan saat temperaturnya dinaikkan sebesar dt panjangnya bertambah sebesar dL, maka hubungan besaran-besara.n tersebut adalah :
dL = a. L. dt atau: a, = dL/ (L. dt) Persamaan pemuaian ini secara matematis adalah sangat sederhana, namun pada aplikasi praktisnya justru sangat rumit karena memerlukan kontrol yang sangat ketat pada saat pengukurari. Untuk itu, alternatif pemecahannya adalah
5
sedemikian rupa sehingga pengukuran besaran yang diperlukan untuk dianalisis menjadi lebih sederhana dan denga.n ketelitian yang tinggi. Pen.g-ukuran muai panjang dengan cara relatifitas pada dasarnya adalah pengukuran besaran dengan menggunakan bahan lain yang telah diketahui koefisien muai panjangnya dengan pasti. Dengan cara ith, besaran koefisien muai panjang sampel yang diperoleh adalah harga kelipatan dari koefisien muai panjang bahan standar yang digunakan. Dengan demikian, pengukuran tersebut adalah pengukura.n tak langsung. Untuk memahami konsep ini, ditinjau dua batang logarn sampel yakni satu logarn standar yang telah diketahui koefien muai panjangnya dan yang lainnya adalah bahan yang akan ditentukan koefisien muai panjangnya.
(a)
(b)
Gb. 2. Panjang bahan uji dan bahan sampel adalah sama pada suhu acuan t (a), dan pada suhu t' (b).
Jika pada temperatur t panjang kedua bahan adalah L, dan pada perubahan temperatur sebesar dt, da.n perbedaan panjang kedua bahan pada temperatur tersebut adalah dL, maka:
dL = dLs - dLu atau : dL = L. clt (
au -as )
atau,
= as ± {dL/ ( L. dt )}
(i
)
dimana , 6
= Koefisien muai panjang L = panjang sampel pada temperatur awal dL= selisih pertambahan panjang kedua bahan.
Dalam hal ini, tanda positif berlaku jika dalam pengukuran dL didapati panjang logam uji lebih besar dibandingkan dengan logam standar
(au > as),
dan sebaliknya tanda negatif berlaku jika logam uji lebih pendek dibandingkan dengan logam standar (au < a,). Koefisien muai panjang suatu bahan dapat pula dinyatakan dalam bentuk koefisien relatifnya terhadap ba.han standar, dalam bentuk persamaan sebagai berikut : au = R
as
dimana : R = au /a, at au, R = 1± (dL/ L. dT. as)
( ii
dirnana : R = Konstanta. koefisien muai panjang relatif dirnana subskrip u adalah menyatakan bahan uji dan s menyatakan bahan standar. Untuk menyederhanakan proses perhitungan, logam-logam sampel dapat dikondisikan dengan panjang 1
1T1 pada
suhu awal 0°C.
Dengan demikian, persamaan praktis dapat ditulis :
au = as ± (dL/t )
(iii)
dan,
R = 1± (dL/ t. as)
(iv )
din e ana : dL = selisih panjang logam t = temperatur percobaan
Berdasarkan persamaan diatas, maka koefisien bahan uji akan dapat ditentukan jika koefisien muai panjang bahan standar diketahui.
4. Skala ;digunakan untuk rnengukur perbedaan panjang kedua bahan pada setiap saat, dibuat dari Jangka Sorong dengan tingkat ketelitian 0,001 mm. 5. Termometer, dengan batas ukur 350°C. 6. Medium Kerja ; Minyak pelurnas, dengan titik didih 340°C 7. Bantalan, berfungsi sebagai penyangga selongsong agar kedudukannya tetap tegak lurus pada. arah vertikal.
Untuk keperluan praktis pada percobaan, Baha.n-bahan uji dapa.t dipasang bersarnaan lebih dari satu sampel, hal yang perlu diperhatikan dalam hal ini adalah sernua. bahan haruslah memiliki panjang yang sama pada teinperatur awal tertentu, baik itu dipatok pada suhu 0°C atau pada suhu lab atau suhu kamar. Untuk itu, selongsong medium kerja da.pat disesuaikan denga.n kebutuhan.
Q
