BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Dalam kehidupan sehari-hari kita dapat melihat banyak sekali hal-hal yang

terjadi berkaitan dengan pemuaian dan pengerutan suatu benda.

Suatu benda itu misalnya pada suatu hari yang panas, kawat-kawat listrik

atau telepon yang bergantungan kendur. Tetapi sebaliknya, pada hari yang dingin

kawat-kawat tersebut tergantung kencang begitu juga dengan rel kereta api yang

dibangun dengan memberikan sedikit ruang pemisah antara sambungan-

sambungan pada relnya. Sehingga rel-rel tersebut tidak akan melengkung pada

musim panas. Dan banyak hal lainnya yang terjadi dalam kehidupan kita sehari-

hari.

Dalam dunia modern pemuaian terjadi dengan adanya bertambahnya panjang,

luas, atau volume suatu benda akibat perubahan suhu. Hampir sebagian besar

pemuaian pada suatu zat terjadi karena zat menerima kalor sehingga suhu zat naik.

Peristiwa pemuaian pada kehiodupan sehari-hari sangatlah banyak dari rel kereta

api yang dipasang tidak rapat oleh rel lain, karena rel akan memuai ketika terkena

sinar matahari yang panas. Dan bahkan adapula jendela kaca yang tidak rapat oleh

atau terhadap kayunya atau bingkainya, hal ini disebabkan karena kaca nantinya

atau lama kelamaan akan memuai.

Oleh karena itu, percobaan mengenai pemuaian panjang zat padat ini penting

dilakukan agar dapat memberikan suatu pengetahuan lebih mengenai pemuaian

panjang zat padat yang biasanya dapat kita lihat dalam kehidupan sehari-hari

1.2 Tujuan Percobaan

1. Mencari koefisien muai panjang dari benda padat (Besi, Aluminium dan

Kuningan).

2. Untuk mengetahui hal-hal yang dapat mempengaruhi koefisien muai

panjang

3. Untuk mengetahui pengaruh perubahan suhu terhadap perubahan

panjang bahan.

1.3 Manfaat Percobaan

Percobaan mengenai “muai panjang zat padat” ini memiliki 3

manfaat yaitu :

1. Mengetahui koefisien muai panjang dari benda padat (Besi, Aluminium

dan Kuningan).

2. Mendapatkan pengetahuan lebih mengenai hal muai panjang pada zat

padat (Besi, Aluminium dan Kuningan).

3. Mengetahui pengaruh-pengaruh dari pemuaian panjang agar

menerapkan dalam kehidupan sehari-hari.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

Temperatur atau suhu dapat diukur pada skala celcius, di mana titik beku

air adalah 0o C dan titik didih (dengan keadaan standar) adalah 100o C . Skala

kelvin (absolut / mutlak) digeser 273,15 derajat dari ukuran celcius pada skala

celcius, sehingga titik beku air adalah 273,15 k dan titik didihnya adalah 373,15 k.

(seri buku Sohaum, Frederick J. B. Hal : 152)

Naiknya suhu ini berarti bahwa getaran molekul menjadi lebih keras,

makin banyak tumbukan yang terjadi makin besar jarak pisah antar molekul-

molekul itu, sehingga terlihat bahwa benda tersebut mengembang atau muai. Jadi

semua benda padat, cair, dan gas pada umumnya muai bila dipanaskan dan

menyusut bila didinginkan. (mengerti fisika, Dra. Leu Prasetio M. Sc, Drs. Sandi

Setiawan, Hal : 13)

2.1 Pemuaian Linear Benda Padat

Apabila benda padat mengalami kenaikan suhu (ΔT), penambahan (Δl)

adalah sebanding dengan panjang semulanya (Lo) dikaitkan dengan ΔT, maka :

Δ L =α Lo ΔT (2.1)

Disini tetapan perbandingan α disebut koefisien muai linear Nilai α

bergantung zat.

Dari persamaan di atas dapat dikatakan bahwa α adalah perubahan panjang

persatuan panjang zat untuk seiap derajat perubahan suhu. Sebagai misal, jika

sepotong kuningan sepanjang 1.000.000 cm menjadi 1.000.019 cm apabila

suhunya dinaikkan 1o C , maka koefisien muai kuningan adalah :

α=ΔLLo ΔT

= 0 , 000019(1 cm )(1o C )

=1,9 x 10-5o

C-1

(2.2)

2.2 Pemuaian Luas

Bila suatu luas Ao memuai menjadi Ao + ΔA ketika dipengaruhi

kenaikan temperatur ΔT, maka :

Δ A = y Ao ΔT(2.3)

Di mana y adalah koefisien pemuaian luas untuk benda-benda pada

isotropik (yang bertambah besar kesemua arah dengan besar yang sama),

y≈2α .

2.3 Pemuaian Volume

Jika volume Vo memuai menjadi Vo + ΔV bila suhu dinaikkan ΔT,

maka :

Δ V =β VO ΔT(2.4)

Dengan β disebut koefisien muai volume pada banyak zat padat berlaku hubungan

β≈3 α . (seri buku Schaum. Frederick J. B. Hal : 152)

Perubahan ukuran ini biasanya tidak besar (terutama pada zat padat),

sehingga tidak dapat diamati dengan mudah, namun akibatnya dapat dirasakan.

Misalnya saja melengkungnya rel kereta api di siang hari, bila tidak dipasang

dengan benar, artinya rel itu tidak diberi peluang untuk muai.

Zat cair dan gas lebih mudah memuai balon berisi udara misalnya, bila

diletakkan dekat tungku panas akan menjadi lebih besar. Ini disebabkan udaranya

mengembang dengan bertambahnya suhu. (mengerti fisika, Dra. Leu Prasetio,

M.Sc, Drs. Sandi, Hal : 13)

Pertambahan ukuran tiap bagian suatu benda untuk suatu perubahan

temperatur tertentu sebanding dengan ukuran mula-mula bagian benda itu. Jadi,

jika kita naikkan temperatur suatu penggaris baja, misalnya pengaruhnya akan

serupa dengan pembesaran fotografis. Garis-garis yang semula berjarak pisah

sama akan tetap berjarak sama, tapi jarak pisahnya lebih besar. Bila penggaris

mempunyai lubang, maka lubang akan menjadi lebih besar, seperti yang terjadi

pada pembesaran fotografis. (physics for scientists and engineers, A. Fauly Hal :

569)

Berbagai bahan muai dengan kelajuan yang berbeda. Dalam banyak hal

pemuaian zat cair lebih besar dari pada pemuaian zat padat sedangkan gas muai

lebih cepat lagi dibandingkan zat cair naiknya air raksa dalam termometer kolam

air raksa disebabkan air raksa muai lebih banyak dibandingkan gelas. Andaikan

mereka muai dengan kelajuan yang sama, maka pada kenaikan suhu tidak akan

terlihat naiknya air raksa tersebut.

Kuningan dan besi juga tidak muai dengan cara yang sama. Pernyataan ini

dimanfaatkan dan gabungan dua logam ini kemudian jadikan suatu komponen

dalam alat-alat ukur.

Perhatikan logam besi dan kuningan yang dipotong sama panjang

pada suhu kamar. Dua logam ini kemudian dilas sekeliling hingga menjadi satu.

Bila logam-logam ini dipanaskan maka akan melengkung, ini disebabkan karena

kuningan menjadi lebih panjang dari besi dan karena mereka telah menyatu, maka

jalan keluarnya adalah dengan melengkungkan dirinya sendiri.

Gambar Pemuaian Dua Logam yang Tidak Sama

Di atas telah dijelaskan bahwa benda-benda muai dengan kelajuan

yang berbeda, mudah atau sukarnya benda muai hubungan antar pertambahan

ukuran benda dan koefisien muai ini dijelaskan sebagai berikut.

Dari eksperimen diketahui bahwa makin panjang ukuran suatu kawat,

makin banyak pertambahan panjangnya pada kenaikan suhu tertentu. Juga jelas

bahwa makin banyak kenaikan suhu yang diberikan, maka pertambahan

ukurannya juga makin besar.

Secara sistematis dapat dituliskan bahwa :

Pertambahan Panjang

∆L - Lo = (Panjang mula-mula)

- ∆ = (Pertambahan suhu)

Dengan demikian dapat ditulis :

∆L F Lo ∆T

Atau

∆L = α Lo ∆T

Dengan α = koefisien muai panjang / koefisien muai linear (C0)-1

Bila ∆L = L- Lo

Maka, L – Lo = α Lo ∆T

Atau

L = Lo(1+α ΔT )(meter )

2.4 Pengertian Pemuaian

Setiap zat (padat, cair, atau gas) disusun oleh partikel-partikel kecil yang

bergetar. Pada saat sebuah benda dipanaskan, gerakan molekul-molekulnya

semakin cepat, yang menyebabkan pergeserannya semakin besar dan saling

menjauh.

Pemuaian adalah bertambahnya ukuran suatu benda karena pengaruh

perubahan suhu atau bertambahnya ukuran suatu benda karena menerima kalor.

Pertambahan ukuran tiap bagian suatu benda untuk suatu perubahan tertentu pada

temperatur sebanding dengan ukuran mula-mula bagian benda itu.

Pemuaian pada zat padat ada tiga jenis, yaitu pemuaian panjang (satu

dimensi), pemuaian luas (dua dimensi), dan pemuaian volume (tiga dimensi).

Sedangkan pada zat cair dan zat gas hanya terjadi pemuaian volume saja, khusus

pada zat gas biasanya diambil nilai koefisien muai volumenya sama dengan 1

273 .

Umumnya suatu zat, baik zat padat, zat cair, maupun zat gas bila

dipanaskan akan memuai. Sebagian besar zat padat dan zat cair dapat memuai

ketika dipanaskan, dan menyusut ketika didinginkan. Pemuaian dan penyusutan

ini biasanya cukup kecil untuk bisa diamati, namun fenomena ini sangat penting

karena gaya yang dihasilkan sangat besar dan harus diperhitungkan untuk

merancang bangunan tertentu seperti pada rel kereta api dan jembatan baja.

Pertambahan ukuran tiap bagian suatu benda untuk suatu perubahan

tertentu pada temperatur sebanding dengan ukuran mula-mula bagian benda itu.

Pada bagian ini kita akan membahas konsep pemuaian secara kuantitatif.

2.5 Pemuaian Panjang

Pemuaian panjang adalah bertambahnya ukuran panjang suatu benda

karena menerima kalor.Pada pemuaian panjang nilai lebar dan tebal sangat kecil

dibandingkan dengan nilai panjang benda tersebut, sehingga lebar dan tebal

dianggap tidak ada. Contoh benda yang hanya mengalami pemuaian panjang saja

adalah kawat kecil.

Pemuaian panjang suatu benda dipengaruhi beberapa faktor, yaitu panjang

awal benda, koefisien muai panjang, dan besar perubahan suhu. Koefisien muai

panjang sendiri dipengaruhi oleh jenis benda atau jenis bahan.

Jika suatu benda berbentuk batang yang panjangnya L0 dipanaskan

sehingga suhunya berubah sebesar ΔT, maka benda tersebut akan memuai seperti

Gambar 2.5

L0

ΔL

Pertambahan panjang ΔL adalah sebanding dengan panjang mula-

mula L0, jenis benda (yang dinyatakan dengan koefisien muai panjang α)

dan perubahan suhu ΔT

ΔL = L0 .α . ΔT (2.5)

keterangan:

ΔL = pertambahan panjang

LO = panjang awal (m)

α = koefisien muai panjang (°C-1)

ΔT = perubahan suhu, ΔT = T2 - T1

Bila ingin menentukan panjang akhir setelah pemanasan, maka

digunakan persamaan sebagai berikut :

L = ΔL + L0

L = L0 (1+α.ΔT) (2.6)

keterangan:

L = panjang akhir (m)

ΔL = pertambahan panjang (m)

L0 = panjang awal (m)

α = koefisien muai panjang (°C-1)

Perbedaan pertambahan panjang ini disebabkan oleh perbedaan koefisien

muai panjang yang didefinisikan sebagai berikut. Koefisien muai panjang (α)

suatu bahan adalah perbandingan antara pertambahan panjang (ΔL) terhadap

panjang awal benda (L0) per satuan kenaikan suhu (ΔT).Koefisien muai panjang

didefinisikan sebagai perubahan panjang suatu benda per satuan panjang per

derajat celcius. Koefisien muai panjang sering juga disebut sebagai koefisien muai

linear.

Kita dapat memahami pemuaian zat ini secara kuantitatif berdasarkan teori

molukuler. Gaya antara atom-atom pada zat padat digambarkan seperti pegas.

Nilai rata-rata α disajikan pada Tabel 2.1 berikut:

Bahan α (K-1 atau °C-1)

Aluminium

Kuningan

Tembaga

Kaca

Baja

Timah

24 x 10-6

19 x 10-6

17 x 10-6

0,14 – 0,9 x 10-5

12 x 10-6

29 x 10-6

2.6 Pemuaian Luas

Pemuaian luas adalah pertambahan ukuran luas suatu benda karena

menerima kalor. Pemuaian luas terjadi pada benda yang mempunyai ukuran

panjang dan lebar, sedangkan tebalnya sangat kecil dan dianggap tidak ada.

Contoh benda yang mempunyai pemuaian luas adalah lempeng besi yang lebar

dan tipis.

Seperti halnya pada pemuaian panjang, faktor yang mempengaruhi

pemuaian luas adalah luas awal, koefisien muai luas, dan perubahan suhu. Karena

sebenarnya pemuaian luas ini merupakan pemuaian panjang yang ditinjau dari dua

dimensi, maka koefisien muai luas besarnya sama dengan dua kali koefisien muai

panjang.

Pada Gambar 2.2 berikut, merupakan pemuaian benda yang berbentuk

bidang tipis.Dalam hubungan ini, tinjaulah suatu bidang persegi dengan sisi-sisi

awal a0 dan b0, dan setelah memperoleh pemanasan menjadi a dan b.

D C D` C`

b0 b

A a0 B

A` a B`

Jika suatu benda berbentuk persegi tipis dengan sisi a0 dan b0

dipanaskan sehingga suhunya berubah sebesar ΔT, maka bujur sangkar akan

memuai pada kedua sisinya. Luas benda mula-mula adalah:

A0 = L02 (2.7)

Karena setiap sisi memuai sebesar ΔL, maka akan membentuk

persegi baru dengan sisi (L0 + ΔL). Jadi luas akhir benda adalah

A = ( L0 + ΔL )2 = L02 + 2L0ΔL + (ΔL)2 (2.8)

Mengingat ΔL cukup kecil, maka nilai (ΔL)2 mendekati nol

sehingga dapat diabaikan. Menggunakan anggapan ini, diperoleh luar akhir

benda setelah pemuaian menjadi

A = L02 + 2.L0.ΔL (2.9)

Dengan memasukkan ΔL = L0 .α . ΔT, A0 = L02 dan β = 2α, maka

luas akhir benda setelah pemuaian menjadi

A = A0 (1 + β . ΔT) (2.10)

keterangan:

A = luas akhir (m2)

A0 = luas mula-mula (m2)

β = 2α, koefisien muai luas (°C-1 atau K-1)

ΔT = perubahan suhu (°C atau K)

2.7 Pemuaian Volume

Pemuaian volume adalah pertambahan ukuran volume suatu benda karena

menerima kalor. Pemuaian volume terjadi pada benda yang mempunyai ukuran

panjang, lebar, dan tebal/tinggi. Contoh benda yang mengalami pemuaian volume

adalah kubus. Selain itu, air dan udara pun dapat mengalami pemuaian volume.

Volume merupakan bentuk lain dari panjang dalam tiga dimensi.

Karena itu, menentukan koefisien muai volume sama dengan tiga kali koefisien

muai panjang. Sebagai mana yang telah dijelaskan di atas, bahwa koefisien muai

volumenya sama dengan 1

273 .

Peningkatan suhu pada umumnya menimbulkan pemuaian volume,

baik pada zat padat maupun zat cair. Seperti pada pemuaian panjang, hasil

percobaan menunjukkan bahwa jika perubahan suhu tidak terlalu besar (sekitar

100 °C), kenaikan ΔV dapat dianggap berbanding lurus dengan perubahan suhu

ΔT dan volume mula-mula V0, jadi

ΔV = V0.γ.ΔT (2.11)

dengan γ disebut koefisien muai volume.

Jika suatu benda berbentuk kubus dengan sisi L0, dipanaskan sehingga

suhunya berubah sebesar ΔT, maka kubus akan memuai pada ketiga sisinya.

Seperti pada Gambar 2.3 berikut:

Volume benda mula-mula adalah

V0 = L03 (2.12)

Karena setiap sisi memuai sebesar ΔL, maka akan berbentuk kubus baru

dengan sisi (L0 + ΔL). Jadi, volume akhir benda adalah

V = (L0 + ΔL)3

= L03 + 3L0

2.ΔL + 3L0(ΔL)2 + (ΔL)3 (2.13)

Mengingat ΔL cukup kecil, maka nilai (ΔL)2 dan (ΔL)3 mendekati nol

sehingga dapat di abaikan. Menggunakan anggapan ini kita peroleh volume akhir

benda menjadi

V = L03 + 3L0

2 + ΔL (2.14)

Dengan memasukkan ΔL = L0 .α .Δt, V0 = L03 dan γ = 3α, maka volume

akhir benda setelah pemuaian menjadi

V = V0 (1 + γ . ΔT) (2.15)

keterangan :

V = Volume akhir (m3)

V0 = Volume mula-mula (m3)

γ = 3α, koefisien muai volume (°C-1 atau K-1)

ΔT = perubahan suhu (°C atau K)

2.8 Hubungan Koefisien Muai Luas dengan Koefisien Muai Panjang

Misalkan suatu persegi dengan sisi 1 m dipanaskan sampai suhunya naik 1

K. Akibat pemanasan ini, sisi persegi bertambah panjang menjadi (1 + α) m,

dengan α adalah koefisien muai panjang.

A0 = 1 m2

A = (1 + α)2 = 1 + 2α +α2

Pertambahan Luas

ΔA = A – A0

= (1 + 2α + α2) – 1

= 2α + α2

Koefisien muai luas

β = ∆ AAo∆ T

= 2 α+α 2

11

β = 2α + α2

Oleh karena koefisien muai panjang (α) sangat kecil, maka α2 dapat

diabaikan terhadap 2α, sehingga kita peroleh hubungan antara koefisien muai luas

(β) dan koefisien muai panjang (α).

2.9 Kerugian dan Keuntungan Akibat Pemuaian

Pemuaian zat padat ternyata membawa beberapa kerugian, khususnya pada

konstruksi seperti jembatan, jalan raya, dan rel kereta api, di mana setiap hari

secara terus-menerus mengalami perubahan suhu akibat panas sinar Matahari dan

dinginnya udara di malam hari. Untuk itu, para perancang konstruksi harus

memberikan ruang lebih yang memungkinkan bahan-bahan konstruksi tersebut

memuai. Ruang lebih inilah yang harus benar-benar diperhitungkan, tidak boleh

kurang dan tidak boleh berlebihan.

Di samping merugikan, pemuaian juga bisa dimanfaatkan, misalnya untuk

memasang roda logam (besi) pada sebuah lokomotif. Untuk menghasilkan suatu

“ban baja” yang bisa menempel kuat pada roda, diameter dalam ban baja dibuat

sedikit lebih kecil daripada diameter luar roda. Ban baja kemudian dipanaskan

sehingga memuai dan diameternya menjadi lebih besar daripada diameter roda.

Dengan demikian, ban baja bisa dipasang pada roda. Ketika ban baja ini

mendingin, ia mengerut (menyusut) sehingga pasangan ban baja ini sangat kuat.

Perhatikan pembuatan gabungan dua logam yang disebut plat bimetalik.

Ketika dua plat logam yang berbeda, misalnya besi dan kuningan, digabungkan

dengan menempelkannya dengan kuat, kemudian dipanaskan, akan kita dapatkan

bahwa gabungan ini melengkung. Ini terjadi karena salah satu logam memuai

lebih besar dibandingkan yang lain. Cukup banyak peralatan di sekitar kita yang

memanfaatkan plat bimetalik, seperti termostat listrik, sakelar otomatis

(digunakan pada alarm kebakaran), dan termometer bimetal.

2.10 Manfaat dan Masalah Akibat Pemuaian Zat Masalah-masalah yang

ditimbulkan oleh pemuaian zat

1. Pemasangan Kaca Jendela

Kaca jendela mobil dapat retak karena diparkir di bawah terik sinar

matahari selama kira-kira 2 jam. Ketika suhu kaca naik, kaca memuai. Oleh

karena kaca jendela tertutup rapat dan tidak tersedia ruang celah yang cukup pada

bingkainya, maka ketika kaca memuai, bingkai menahan pemuaian kaca.

Akibatnya, kaca jendela mobil retak.

Untuk mengatasi retaknya kaca jendela mobil, dianjurkan agar pemilik

mobil memberi ruang sedikit ketika memarkir mobil cukup lama di bawah terik

sinar matahari. Untuk mengatasi retaknya kaca jendela atau kaca nako rumah,

tukang kayu selalu mendesain ukuran bingkai yang sedikit lebih besar daripada

ukuran kacanya pada suhu normal.

2. Sambungan Rel Kereta

Rel kereta memuai di hari yang panas. Oleh karena itu, di antara

sambungan dua batang rel selalu diberi celah, agar pemuaian rel tidak

menyebabkan rel melengkung. Pada hari yang sangat panas, celah yang

disediakan dapat saja tidak cukup untuk menampung pemuaian rel yang sangat

besar. Jika ini terjadi, rel dapat melengkung.

Desain yang banyak digunakan pada saat ini adalah batang-batang rel dilas

membentuk rel panjang yang bersambungan. Dengan desain ini, hanya 50 atau

100 m terakhir dari setiap rel panjang yang memuai. Untuk mengatasi masalah ini,

ujung rel diruncingkan dan disambung saling bertautan. Penyambungan dengan

cara seperti ini memungkinkan rel panjang memuai tanpa menyebabkan kerusakan

(rel melengkung)

3. Kawat Telepon atau Kawat Listrik

Kawat telepon atau kawat listrik dibiarkan kendur pada hari panas agar

ketika menyusut pada hari dingin, kawat tersebut tidak putus.

Manfaat pemuaian zat dalam teknologi dan keseharian

1. Pengelingan Pelat Logam

Mengeling ialah menyambung dua pelat dengan menggunakan paku

keeling. Paku keeling dalam keadaan panas sampai berpijar putih dimasukkan ke

dalam lubang pelat. Pada keadaan itu ujung paku keling dipukul rata. Setelah paku

dingin, paku menyusut dan menjepit kedua pelat dengan sangat kuat. Pengelingan

seperti ini dilakukan pada pembuatan badan kapal.

2. Keping Bimetal

Keping bimetal ialah dua keeping logam yang berbeda koefisien muainya

dan dikeling menjadi satu.Logam yang umum digunakan ialah perunggu dan invar

(logam paduan nikel dan baja).Koefisien muai invar lebih kecil daripada

perunggu.

Keping bimetal sangat peka terhadap perubahan suhu. Jika

dipanaskan, keeping melengkung ke arah logam yang koefisien muainya lebih

kecil (invar). Ini karena logam yang koefisien muainya lebih kecil harus lebih

pendek daripada logam yang koefisien muainya lebih besar. Sebaliknya jika

didinginkan, keeping melengkung ke arah logam yang koefisien muainya lebih

besar (perunggu).

Keping bimetal dimanfaatkan pada sakelar termal, termostat bimetal,

termometer bimetal, dan lampu tanda arah (sen) mobil.

BAB III

METODE PERCOBAAN

3.1 Waktu dan Tempat

Percobaan mengenai muai panjang zat padat kami laksanakan pada

Senin, 29 Oktober 2013 pada pukul 07:30 s/d 09:10 WITA yang bertempat

di laboratorium Fisika Dasar gedung C lantai 3 Fakultas Matematika dan

Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Mulawarman, Samarinda.

3.2 Alat dan Bahan

3.2.1 Alat Percobaan

1. Munschern broek

2. Logam (besi, alluminium dan kuningan)

3. Alat pemanas / Power supply

4. Termometer

5. Kabel penghubung

6. Tiang statif

7. Mistar/penggaris

3.3 Prosedur Percobaan

1. Dipasangkan tiga logam (besi, aluminium dan kuningan) pada alat

munschern broek.

2. Diukur suhu lingkungan sebagai suhu awal To, panjang masing-masing

logam sebelum dipanaskan dan diatur letak jarum pada skala nol.

3. Selanjutnya alat pembakar dinyalakan atau dihubungkan dengan sumber

arus pada logam sampai suhu yang telah ditentukan.

4. Pada suhu yang telah ditentukan, diukur berapa perubahan letak jarum

pada skala nol.

5. Diulangi percobaan untuk suhu yang lain minimal 5 kali.

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil Pengamatan

4.1.1 Besi

No. T1(0C) T2(0C) L0(m) Δ T ΔL (m)

1. 30 32 0,025 20C 0,003

2. 32 34 0,025 20C 0,004

3. 34 36 0,025 20C 0,005

4. 36 38 0,025 20C 0,006

5. 38 40 0,025 20C 0,008

4.1.2 Alumunium

No. T1(0C) T2(0C) L0(m) Δ T ΔL (m)

1. 30 32 0,025 20C 0,003

2. 32 34 0,025 20C 0,005

3. 34 36 0,025 20C 0,007

4. 36 38 0,025 20C 0,01

5. 38 40 0,025 20C 0,012

4.1.3 Kuningan

No. T1(0C) T2(0C) L0(m) Δ T ΔL (m)

1. 33 35 0,025 20C 0,003

2. 35 37 0,025 20C 0,005

3. 37 39 0,025 20C 0,007

4. 39 41 0,025 20C 0,008

5. 41 43 0,025 20C 0,009

3.3

4.2 Analisis Data

4.2.1 Perhitungan Tanpa KTP

4.2.1.1 Besi

α= ∆ Ll0 ∆ T

C❑0 −1

α=∆ L1

L01∆ T 1

= 0,0030,025.2

=0,0030,05

=0,06 C❑0 −1

α=∆ L2

L02∆ T 2

= 0,0040,025.2

=0,0040,05

=0,08 C❑0 −1

α= ∆3L03 ∆T 3

= 0,0050,025.2

=0,0050,05

=0,1 C❑0 −1

α=∆ L4

L04 ∆ T 4

= 0,0060,025.2

=0,0060,05

=0,12 C❑0 −1

α=∆ L5

L05 ∆T 5

= 0,0080,025.2

=0,0080,05

=0,16 C❑0 −1

4.2.1.2 Alumunium

α=∆ L1

L01∆ T 1

= 0,0030,025.2

=0,0030,05

=0,06 C❑0 −1

α=∆ L2

L02∆ T 2

= 0,0050,025.2

=0,0050,05

=0,1 C❑0 −1

α=∆ L3

L03 ∆T 3

= 0,0070,025.2

=0,0070,05

=0,14 C❑0 −1

α=∆ L4

L04 ∆ T 4

= 0,010,025.2

=0,010,05

=0,2 C❑0 −1

α=∆ L5

L05 ∆T 5

= 0,0120,025.2

=0,0120,05

=0,24 C❑0 −1

4.2.1.3 Kuningan

α=∆ L1

L01∆ T 1

= 0,0030,025.2

=0,0030,05

=0,06 C❑0 −1

α=∆ L2

L02∆ T 2

= 0,0050,025.2

=0,0050,05

=0,1 C❑0 −1

α=∆ L3

L03 ∆T 3

= 0,0070,025.2

=0,0070,05

=0,14 C❑0 −1

α=∆ L4

L04 ∆ T 4

= 0,0080,025.2

=0,0080,05

=0,16 C❑0 −1

α=∆ L5

L05 ∆T 5

= 0,0090,025.2

=0,0090,05

=0,18 C❑0 −1

4.2.2 Perhitungan dengan KTP

Δ Δ L : ½ x nst munschern broek = ½ x 0,1 = 0,05 cm

Δ Δ L : ½ x nst penggaris = ½ x 0,1 = 0,05 cm

Δ Δ L : ½ x nst thermometer = ½ x1 = 0,5 0C

4.2.2.1 Besi

∆ α={( αxα ∆ L )

2

∆ ∆ L2+( αxα L0

)2

. ∆ ∆ l02+( αx

α ∆T )2

∆ ∆ T 2}12

∆ α={( αxα ∆ L )

2

∆ ∆ L2+( αxα L0

)2

. ∆ ∆ l02+( αx

α ∆T )2

∆ ∆ T 2}12

¿ {( 1L0 . ∆T )

2

∆ ∆ L2+( −∆ LL0

2 . ∆ T )2

.∆ ∆ l02+( −∆ L

L0. ∆ T 2 )2

∆ ∆ T 2}12

¿ {( 10,025.2 )

2

(0,0005 )2+( −0,0030,0252.2 )

2

. ( 0,0005 )2+(−0,0030,025.4 )

2

. (0,5 )2}12

¿ {(1×10−4 )+ (1,44 ×10−6 )+(2,25 × 10−4)}12

¿√3,2649 ×10−4

= 1,80 ×10−2 0C-1

∆ α2={( αxα ∆ L )

2

∆ ∆ L2+( αxα L0

)2

. ∆ ∆ l02+( αx

α ∆ T )2

∆ ∆ T 2}12

¿ {( 1L0 . ∆T )

2

∆ ∆ L2+( −∆ LL0

2 . ∆ T )2

.∆ ∆ l02+( −∆ L

L0. ∆ T 2 )2

∆ ∆ T 2}12

¿ {( 10,025.2 )

2

(0,0005 )2+( −0,0040,0252 .2 )

2

. ( 0,0005 )2+( −0,0040,025. 22 )

2

. (0,5 )2}12

¿¿¿

¿√ (5,0256 ×10−4 )

= 2,24 ×10−2 0C-1

∆ α3={( αxα ∆ L )

2

∆ ∆ L2+( αxα L0

)2

. ∆ ∆ l02+( αx

α ∆ T )2

∆ ∆ T 2}12

¿ {( 1L0 . ∆T )

2

∆ ∆ L2+( −∆ LL0

2 . ∆ T )2

.∆ ∆ l02+( −∆ L

L0. ∆ T 2 )2

∆ ∆ T 2}12

¿ {( 10,025.2 )

2

(0,0005 )2+( −0,0070,0252 .2 )

2

. ( 0,0005 )2+( −0,0070,025. 22 )

2

. (0,5 )2}12

¿ {(1 ×10−4 )+4 × 10−6+6,25 10−4 }12

¿√ (7,29 ×10−4 )

= 2,7 ×10−2 0C-1

∆ α4={( αxα ∆ L )

2

∆ ∆ L2+( αxα L0

)2

. ∆ ∆ l02+( αx

α ∆ T )2

∆ ∆ T2}12

¿ {( 1L0 . ∆T )

2

∆ ∆ L2+( −∆ LL0

2 . ∆ T )2

.∆ ∆ l02+( −∆ L

L0. ∆ T 2 )2

∆ ∆ T 2}12

¿ {( 10,025.2 )

2

(0,05 )2+( −0,010,0252.2 )

2

. ( 0,05 )2+( −0,010,025. 22 )

2

(0,5 )2}12

¿ {(1 ×10−4 )+5,76 × 10−6+9× 10−4 }12

¿√ (10,0576 ×10−4 )

= 3,17 ×10−2 0C-1

∆ α5={( αxα ∆ L )

2

∆ ∆ L2+( αxα L0

)2

. ∆ ∆ l02+( αx

α ∆ T )2

∆ ∆ T 2}12

¿ {( 1L0 . ∆T )

2

∆ ∆ L2+( −∆ LL0

2 . ∆ T )2

.∆ ∆ l02+( −∆ L

L0. ∆ T 2 )2

∆ ∆ T 2}12

¿ {( 10,025.2 )

2

(0,0005 )2+( −0,0120,0252 .2 )

2

. ( 0,0005 )2+( −0,0120,025. 22 )

2

(0,5 )2}12

¿ {(1 ×10−4 )+10,24 ×10−6+1,6 × 10−3 }12

¿√ (17,1024 ×10−4 )

= 4,13× 10−20C-1

4.2.2.2 Alumunium

∆ α1={( 1L0 . ∆ T )

2

∆ ∆ L2+( −∆ LL0

2 .∆ T )2

. ∆ ∆ l02+( −∆ L

L0 . ∆T 2 )2

∆ ∆ T 2}12

¿ {( 10,025.2 )

2

(0,0005 )2+( −0,0030,0252.2 )

2

. ( 0,0005 )2+( −0,0030,025. 22 )

2

(0,5 )2}12

¿ {(1 ×10−4 )+1,44 ×10−6+2,25× 10−4 }12

¿√ (3,2644 ×10−4 )

= 1,80× 10−2 0C-1

∆ α2={( 1L0 . ∆ T )

2

∆ ∆ L2+( −∆ LL0

2 .∆ T )2

. ∆ ∆ l02+( −∆ L

L0 . ∆T 2 )2

∆ ∆ T 2}12

¿ {( 10,025.2 )

2

(0,0005 )2+( −0,0050,0252.2 )

2

. ( 0,0005 )2+( −0,0050,025. 22 )

2

(0,5 )2}12

¿ {(1 ×10−4 )+4 × 10−6+6,25 ×10−4 }12

¿√ (7,29 ×10−4 )

= 2,7 ×10−2 0C-1

∆ α3={( 1L0 . ∆ T )

2

∆ ∆ L2+( −∆ LL0

2 .∆ T )2

. ∆ ∆ l02+( −∆ L

L0 . ∆ T2 )2

∆ ∆ T 2}12

¿ {( 10,025.2 )

2

(0,0005 )2+( −0,0070,0252.2 )

2

. ( 0,0005 )2+( −0,0070,025. 22 )

2

(0,5 )2}12

¿ {(1 ×10−4 )+76,84 ×10−6+12,25 × 10−4 }12

¿√ (13,3284 ×10−4 )

= 3,65 ×10−2 0C-1

∆ α4={( 1L0 . ∆T )

2

∆ ∆ L2+( −∆ LL0

2 . ∆ T )2

. ∆ ∆l02+( −∆ L

L0 . ∆ T 2 )2

∆ ∆ T 2}12

¿ {( 10,025.2 )

2

(0,0005 )2+( −0,010,0252.2 )

2

. ( 0,0005 )2+( −0,010,025. 22 )

2

(0,5 )2}12

¿ {(1×10−4 )+1,6 × 10−6+25 × 10−4 }12

¿√ (26,16 ×10−4 )

= 5,11 ×10−2 0C-1

∆ α5={( 1L0 . ∆ T )

2

∆ ∆ L2+( −∆ LL0

2 .∆ T )2

. ∆ ∆ l02+( −∆ L

L0 . ∆ T2 )2

∆ ∆ T 2}12

¿ {( 10,025.2 )

2

(0,0005 )2+( −0,0120,0252 .2 )

2

. ( 0,0005 )2+( −0,0120,025. 22 )

2

(0,5 )2}12

¿ {(1×10−4 )+2,3× 10−7+3,6 × 10−3 }12

¿√ (3,7024 ×10−4 )

= 6,08 ×10−2 0C-1

4.2.2.3 Kuningan

∆ α1={( 1L0 . ∆ T )

2

∆ ∆ L2+( −∆ LL0

2 .∆ T )2

. ∆ ∆ l02+( −∆ L

L0 . ∆T 2 )2

∆ ∆ T 2}12

¿ {( 10,025.2 )

2

(0,0005 )2+( −0,0030,0252 .2 )

2

. ( 0,0005 )2+( −0,0030,025. 22 )

2

(0,5 )2}12

¿ {(1×10−4 )+1,44 ×10−6+2,25× 10−4 }12

¿√ (3,2644 ×10−4 )

= 1,80 ×10−2 0C-1

∆ α2={( 1L0 . ∆ T )

2

∆ ∆ L2+( −∆ LL0

2 .∆ T )2

. ∆ ∆ l02+( −∆ L

L0 . ∆T 2 )2

∆ ∆ T 2}12

¿ {( 10,025.2 )

2

(0,0005 )2+( −0,0050,0252 .2 )

2

. ( 0,0005 )2+( −0,0050,025. 22 )

2

(0,5 )2}12

¿ {(1×10−4 )+4× 10−6+6,25 ×10−4 }12

¿√ (7,29 ×10−4 )

= 2,7 ×10−2 0C-1

∆ α3={( 1L0 . ∆ T )

2

∆ ∆ L2+( −∆ LL0

2 .∆ T )2

. ∆ ∆ l02+( −∆ L

L0 . ∆ T2 )2

∆ ∆ T 2}12

¿ {( 10,025.2 )

2

(0,0005 )2+( −0,0070,0252.2 )

2

. ( 0,0005 )2+( −0,0070,025. 22 )

2

(0,5 )2}12

¿ {(1 ×10−4 )+7,84 ×10−6+12,25 × 10−4 }12

¿√ (13,3284 ×10−4 )

= 3,65 ×10−2 0C-1

∆ α4={( 1L0 . ∆T )

2

∆ ∆ L2+( −∆ LL0

2 . ∆ T )2

. ∆ ∆l02+( −∆ L

L0 . ∆ T 2 )2

∆ ∆ T 2}12

¿ {( 10,025.2 )

2

(0,0005 )2+( −0,0080,0252.2 )

2

. ( 0,0005 )2+( −0,0080,025. 22 )

2

(0,5 )2}12

¿ {(1 ×10−4 )+10,24 ×10−6+16 × 10− 4 }12

¿√ (17,01024 ×10−4 )

= 4,13 ×10−2 0C-1

∆ α5={( 1L0 . ∆ T )

2

∆ ∆ L2+( −∆ LL0

2 .∆ T )2

. ∆ ∆ l02+( −∆ L

L0 . ∆ T2 )2

∆ ∆ T 2}12

¿ {( 10,025.2 )

2

(0,0005 )2+( −0,0090,0252.2 )

2

. ( 0,0005 )2+( −0,0090,025. 22 )

2

(0,5 )2}12

¿ {(1 ×10−4 )+12,96 × 10−6+20,25 ×10−4 }12

¿√ (21,37 ×10−4 )

= 4,62 ×10−2 0C-1

4.2.3 KTP Relatif

4.2.3.1 KTP Relatif Besi

∆ α 1

α 1

×100 %=1,80 ×10−2

0,06× 100 %=30 %

∆ α 2

α 2

×100 %=2,24 ×10−2

0,08×100 %=28 %

∆ α 3

α 3

×100 %=2,7 ×10−2

0,1×100 %=27 %

∆ α 4

α 4

× 100 %=3,17 × 10−2

0,12×100 %=26,4%

∆ α 5

α 5

×100 %=4,13 ×10−2

0,16×100 %=25,8 %

4.2.3.2 KTP Relatif Aluminium

∆ α 1

α 1

×100 %=1,80 ×10−2

0,06× 100 %=30 %

∆ α 2

α 2

×100 %=2,7 ×10−2

0,1×100 %=27 %

∆ α 3

α 3

×100 %=3,65 ×10−2

0,14× 100 %=26 %

∆ α 4

α 4

× 100 %=5,11× 10−2

0,2×100 %=25 %

∆ α 5

α 5

×100 %=6,08 ×10−2

0,24×100 %=25,3 %

4.2.3.3 KTP Relatif Kuningan

∆ α 1

α 1

×100 %=1,80 ×10−2

0,06× 100 %=30 %

∆ α 2

α 2

×100 %=2,7 ×10−2

0,1×100 %=27 %

∆ α 3

α 3

×100 %=3,65 ×10−2

0,14× 100 %=26 %

∆ α 4

α 4

× 100 %=4,12× 10−2

0,16× 100 %=25,7%

∆ α 5

α 5

×100 %=4,62 ×10−2

0,18×100 %=25,6 %

4.2.4 KTP Mutlak

4.2.4.1 KTP Mutlak Besi

(α 1± ∆ α1 )=(0,06± 1,80× 10−2 )℃−1

(α 2± ∆ α2 )=(0,08± 2,24 ×10−2)℃−1

(α 3 ± ∆ α3 )=(0,1±2,7× 10−2 )℃−1

(α 4 ± ∆ α 4 )=(0,12 ±3,17 × 10−2 )℃−1

(α 5 ± ∆ α5 )=(0,16± 4,13×10−2 )℃−1

4.2.4.2 KTP Mutlak Aluminium

(α 1± ∆ α1 )=(0,06± 1,80× 10−2 )℃−1

(α 2± ∆ α2 )=(0,1±2,7× 10−2 )℃−1

(α 3 ± ∆ α3 )=(0,14± 3,65 ×10−2 )℃−1

(α 4 ± ∆ α 4 )=(0,2±5,11× 10−2 )℃−1

(α 5 ± ∆ α5 )=(0,24± 6,08 ×10−2 )℃−1

4.2.4.3 KTP Relatif Kuningan

(α 1± ∆ α1 )=(0,06± 1,80× 10−2 )℃−1

(α 2± ∆ α2 )=(0,1 ±2,7 × 10−2 )℃−1

(α 3 ± ∆ α3 )=(0,14± 3,65×10−2 )℃−1

(α 4 ± ∆ α 4 )=(0,16 ± 4,12 ×10−2 )℃−1

(α 5 ± ∆ α5 )=(0,18± 4,62×10−2)℃−1

4.2 Grafik

4.2.1 Grafik Pada Besi

30 32 34 36 380

0.001

0.002

0.003

0.004

0.005

0.006

0.007

0.008

0.009

Grafik Besi

Grafik Aluminium

4.2.2 Grafik pada Aluminium

30 32 34 36 380

0.002

0.004

0.006

0.008

0.01

0.012

0.014

Grafik Aluminium

Grafik Aluminium

4.2.3 Grafik Pada Kuningan

33 35 37 39 410

0.001

0.002

0.003

0.004

0.005

0.006

0.007

0.008

0.009

0.01

Grafik Pada Kuningan

Grafik Pada Kuningan

4.3 Pembahasan

Pemuaian adalah perubahan suatu benda bisa menjadi bertambah panjang,

lebar, luas atau volumenya karena terkena kalor. Pemuaian tiap – tiap benda akan

berbeda akan berbeda tergantung pada suatu arsitektur dan keefisienan muai

benda tersebut. Perubahan panjang akibat panas ini sebagai contoh, akan

mengikuti.

Lt = Lo + Lo x ∆t

Suatu benda akan berubah ukuran jika suhunya juga berubah. Dan hal ini

telah terbukti dalam percobaan yang telah dilakukan, di mana zat padat

mengalami perubahan panjang jika terjadi kenaikan suhu. Dan dari percobaan ini

padat tersebut pada percobaan ini zat padat mengalami pertambahan panjang yang

berbeda, karena pemanasan masing-masing zat padat menghasil replik pemuaian

berbeda. Karena pemanasan berbeda perbedaan perubahan pangan dan suhu pada

masing-masing logam menyebabkan hasil yang diperoleh untuk koefisien muai

panjang juga berbeda-beda. Faktor-faktor yang mempengaruhi besar kecilnya

koefisien muai panjang juga berbeda-beda. Faktor yang mempengaruhi besar

kecilnya muai panjang adalah temperatur / suhu, kemampuan masing-masing

logam untuk memuaikan panas tingkat kepekaan jenis benda dalam

menghantarkan panas. Berikut ini beberapa koefisien muai panjang:

1. Alumunium 24 x 10 -6

2. Kuningan 19 x 10-6

3. Karbon

- Intan 1,2 x 10-6

- Grafit 7,0 x 10-6

4. Tembaga 17 x 10-6

5. Gelas

- Biasa 9 x 10-6

- Invar 3,2 x 10-6

- Baja 11 x 10-6

Dari percobaan yang dilakukan kali ini munschern besar berfungsi sebagai

pengukur pertahanan panjang benda padat. Termometer berfungsi sebagai

pengukur suhu dan kabel penghubung sebagai penghubung antara termometer dan

power supply berfungsi sebagai pengukur suhu. Dan kabel penghubung sebagai

penghubung antara termometer dan power supply.

Dalam percobaan kali ini dapat kita ketahui bahwa besi merupakan

logam yang lebih padat, hal ini menyebabkan besi lebih sulit untuk mengalami

pemuaian dilaksanakan dengan alumunium dan kuningan. Pertambahan

panjang tiang yang tidak didapatkan dalam percobaan ini disebabkan oleh

beberapa aktor yaitu dipengaruhi oleh pemanasan yang tidak konstan

pemberian kalor yang kurang besar atau dapat juga karena alat yang

digunakan kurang bekerja dengan baik, serta kemungkinan karena kurang

adanya ketelitian praktekkan dalam melakukan percobaan ini.

Dalam kehidupan sehari-hari kita, kita dapat menemukan beberapa

contoh dari pemuaian tersebut berikut ini adalah beberapa manfaat pemuaian

yang ada dalam kehidupan sehari-hari serta sebagai berikut :

1. Pemasangan Roda Baja

Ban baja yang berdiameter lebih kecil dari derek roda ketika ingin

dipasang harus dimuaikan lebih dulu untuk mempermudah.

2. Pengelingan

Pengelingan adalah proses penyambungan dua plat logam

menggunakan palu khusus.

3. Membuka Tutup (Logam)

Botol kaca yang memiliki tutup logam sering kali sukar untuk

dibuka, untuk membukanya, tutup. Botol dipanaskan terlebih dahulu

dengan api ketika dipanaskan, tutup botol logam akan memuai lebih cepat

dari pada botol kaca sehingga tutup akan longgar akan mudah dibuka.

4. Keping Bimetal

Bimetal artinya dua buah logam. Keping bimetal adalah dua keping

logam yang memiliki koefisien muai panjang berbeda (biasanya kuningan

dan besi) yang di keling menjadi satu.

BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

1. Koefisien muai panjang dari benda padat alumunium 24 x 10-6 , kuningan

= 19 x 10 -6 baja = 11 x 10 -6 besi = 12 x 10-6 , intan 1,2 x 10-6 , grasit = 7,9

x 10-6

2. Hal yang dapat mempengaruhi koefesien muai panjang yaitu panjang, luas

, volume mula-mula, koefesien muai panjang, perubahan suhu.

3. Pengaruh perubahan panjang akibat perubahan temperatur ∆ T adalah

sebesar ∆ I . Untuk perubahan temperatur yang kecil , maka perubahan

pertambahan panjang pada temperatur tertentu (It) akan sebanding dengan

perubahan temperatur dan panjang mula-mula (I0)

5.2 Saran

Saat praktikum sebaiknya kabel penghubung yang tidak bisa

mengalirkan listrik lebih baik disimpan dan diganti yang baru agar saat praktikum

muai panjang tidak terjadi kesalahan pada suhu thermometernya.

DAFTAR PUSTAKA

A.Raul. 1995. Phyisics For Scintist and enginners, tihrd edition. Jakarta. Erlangga

Abdullah, Renreng. 1985. Asas-Asas Ilmu Alam Universitas. Badan Kerjasama

Perguruan Tinggi Negeri.

Bueche Frederick J.m. Seri Buku Satuan Fisika Edisi 8. Jakarta : Erlangga

Daryanto. 1997. Fisika Teknik. Malang : Renika Cipta.

Lea Prasetio Dra. M.Sa, Setiawan Sandi. Drs. 1991. Mengerti Fisika seri

Termofisika. Yogyakarta : Andi Offset