Mempelajari Proses Pemuaian Zat Padat dan Contohnya | Fisika Kelas 7

Artikel Fisika kelas 7 kali ini akan membahas mengenai proses pemuaian yang terjadi pada zat padat. Yuk, simak baik-baik penjelasannya, ya! 

—

Guys, siapa nih yang sering bepergian naik kereta? 

Mungkin banyak di antara kita yang udah nggak asing lagi ya sama gambaran rel kereta api. Tapi, kamu sadar nggak sih, ternyata, sambungan antar tiap rel kereta itu nggak dipasang rapat-rapat, lho! Hmm, kenapa bisa begitu? 

Nah, pemasangan sambungan antar rel kereta yang nggak rapat ini, tentu ada sebabnya. Salah satunya karena rel kereta api akan mengalami pemuaian di siang hari. Makanya nih, sambungan tiap rel dipasang agak renggang, supaya tetap aman walaupun memuai. Lalu, apa sih pemuaian itu?

Oke, sebelum aku kasih tau jawabannya, aku mau tanya dulu nih, kamu masih ingat nggak dengan materi suhu? Kalo udah lupa, coba deh baca-baca lagi di artikel berikut ini.

Baca juga: Kenapa Suhu Terdapat 4 Skala

Suhu merupakan derajat panas atau dinginnya suatu benda. Semakin tinggi suhu suatu benda, maka benda tersebut semakin panas. Sebaliknya, semakin rendah suhu suatu benda, maka benda tersebut semakin dingin. Ternyata, suhu juga dapat mempengaruhi ukuran suatu benda. Perubahan ukuran pada benda terbagi menjadi dua macam, yaitu pemuaian dan penyusutan.

“Huft, lama amat! Jadi, pemuaian itu apa sih sebenarnya?”

Eits, sabar-sabar, ‘dinda jangan marah-marah nanti kamu lekas tua’.  Lah kok jadi nyanyi, sih? HAHAHA…

Jadi, pemuaian adalah bertambahnya ukuran suatu benda saat benda tersebut mengalami kenaikan suhu akibat dipanaskan. Sementara itu, penyusutan adalah berkurangnya ukuran suatu benda saat benda tersebut mengalami penurunan suhu akibat didinginkan. Pemuaian atau penyusutan terjadi pada setiap benda yang mengalami perubahan suhu, baik untuk zat padat, cair, maupun gas.

Nah, kali ini, kita akan bahas pemuaian yang terjadi pada zat padat. Lho, gimana dengan pemuaian atau penyusutan zat-zat yang lain? Tenang, tunggu aja artikel selanjutnya, yach! WKWK… 😛 

Pemuaian pada zat padat terbagi menjadi tiga jenis. Yuk, kita simak penjelasannya satu per satu!

Pemuaian Panjang

Pemuaian panjang merupakan perubahan panjang suatu benda saat benda tersebut mengalami kenaikan suhu akibat dipanaskan. Peristiwa ini terjadi pada zat padat yang ukuran panjangnya jauh lebih besar jika dibandingkan dengan lebar atau diameternya, seperti paku, kawat, batang besi, dan sebagainya. 

Paku adalah salah satu benda yang dapat mengalami pemuaian panjang. (sumber: bumisaka)

Balik lagi ke persoalan sambungan rel kereta api yang dipasang agak renggang, ya. Jadi, zat-zat yang ada di alam ini memiliki kecenderungan untuk memuai ketika suhunya panas, dan menyusut ketika suhunya dingin. Rel kereta api yang berada di luar ruangan, tentu akan mengalami peristiwa pemuaian ini. 

Pada siang hari, karena suhu udara cenderung panas, batang rel akan mengalami pemuaian (bertambah panjang). Sementara itu, di malam hari, batang rel akan menyusut (bertambah pendek) kembali karena suhu udara yang dingin. 

Baca juga: Penggolongan Materi Secara Fisika: Padat, Cair, Gas

Nah, pemuaian pada batang rel kereta karena suhu yang panas ini bisa menyebabkan saling mendorong antara dua batang rel, dan membuat rel tersebut jadi melengkung. Tentu, hal tersebut akan sangat berbahaya, ya. Bisa-bisa, kereta akan keluar jalur saat melewatinya. Makanya, sambungan antar rel kereta dipasang agak renggang supaya ketika memuai, kedua batang rel nggak bakal bengkok.

Ilustrasi jika sambungan rel dipasang rapat (Sumber: its aumsum time via YouTube)

Nah, pertambahan panjang suatu zat secara fisis akan:

1. Berbanding lurus dengan panjang mula-mula.
2. Berbanding lurus dengan perubahan suhu.
3. Bergantung dari jenis zat.

Oke, sekarang, biar kamu nggak bingung sama rumus di atas, kita kerjakan contoh soal di bawah ini, yuk!

Contoh soal!

Sebatang baja yang panjangnya 2 m dipanaskan, sehingga suhunya berubah dari 40 °c menjadi 70 °c . Jika diketahui koefisien muai panjangnya adalah 1,1 x 10-5 /°c, berapakah panjang baja itu sekarang?

Pembahasan:

Pertama, kita tulis dulu yang diketahui, nih. 

Diketahui:

Lo = 2 m

T = 70°c – 40 °c = 30°c

α =1,1 x 10^-5 /°c

Ditanya : Lt = …?

Jawab:

L=Lo . α . T

L =(2 m) . (1,1 x 10^-5 /°c). (30 °c)

L = (6,6 x 10^-4 m) =0,00066 m

Nah, kita tau nih kalo pertambahan panjang bajanya itu 0,00066 m. Jadi, untuk mencari tau panjang baja setelah dipanaskan, kita jumlahkan aja panjang baja mula-mula dengan pertambahan panjang bajanya. Sehingga,

Lt = Lo + L

Lt = 2 + 0,00066

Lt =2,00066 m

Berarti, panjang baja setelah dipanaskan adalah 2,00066 m, ya.

Pemuaian Luas    

Pemuaian luas merupakan perubahan luas suatu benda saat benda tersebut mengalami kenaikan suhu akibat dipanaskan. Pemuaian luas ini dapat diamati pada benda yang ketebalannya jauh lebih kecil dibandingkan dengan panjang dan lebarnya. Jadi, pemuaian arah tebalnya juga jauh lebih kecil daripada pemuaian di arah panjang dan lebarnya, sehingga bisa diabaikan. 

Contohnya kaca jendela. Saat suhu udara panas, suhu kaca menjadi naik, sehingga terjadi pemuaian. Kaca mengalami penambahan ukuran yang lebih lebar dari sebelumnya. Akibatnya, kaca terlihat terpasang sangat rapat pada bingkai. 

Pertambahan luas suatu zat bila dipanaskan akan:

1. Berbanding lurus dengan luas mula-mula.
2. Berbanding lurus dengan perubahan suhu.
3. Bergantung dari jenis zat.

Baca juga: Perbedaan Meteoroid, Meteorit, dan Meteor

Coba yuk kita kerjakan contoh soal di bawah ini!

Contoh soal!

Pada suhu 30°c, sebuah pelat besi luasnya 10 m². Apabila suhunya dinaikkan menjadi 90°c dan diketahui koefisien muai panjangnya adalah 1,2 x 10^-5/°c, maka tentukanlah luas pelat besi itu sekarang!

Pembahasan:

Sama seperti contoh soal sebelumnya ya, kita tulis dulu apa aja yang diketahui pada soal.

Diketahui: 

T =90°c-30°c= 60°c

Ao = 10 m²

β =1,2 x 10^-5 /°c= α 2= 2,4 x 10^-5/°c

Ditanya: At =…?

Jawab:

A = Ao . β . T

A = Ao . (2α). T

A = 10 m² .  2,4 x 10^-5 /°c .  60°c

A =14,4 x 10^-3 m²= 0,0144 m²

Oke, karena yang ditanya itu luas pelat besi setelah mengalami pemuaian, maka kita jumlahkan aja luas pelat besi mula-mula dengan penambahan luas pelat besinya, sehingga:

At = Ao + A

At = 10 + 0,0144

At =10,0144 m²

Jadi, luas pelat besi setelah mengalami pemuaian adalah 10,0144 m².

Pemuaian Volume

Pemuaian volume adalah perubahan volume suatu benda saat benda tersebut mengalami kenaikan suhu akibat dipanaskan. Pemuaian volume terjadi jika seluruh dimensi benda cukup besar, sehingga pemuaian ke semua arah tidak bisa diabaikan. 

Contohnya, ketika kamu memasak air di dalam panci, tanpa disadari panci mengalami pemuaian, loh! Saat dipanaskan, air dan panci sama-sama menyerap kalor dari api. Nah, panci yang menyerap kalor atau energi panas itu, ukurannya akan bertambah karena mengalami pemuaian. Pemuaian ini menyebabkan panci mengalami penambahan volume. 

Ilustrasi panci mengalami pemuaian akibat dipanaskan.

Pertambahan volume suatu zat yang dipanaskan, secara fisis akan:

1. Berbanding lurus dengan volume mula-mula zat.
2. Berbanding lurus dengan perubahan suhu zat.
3. Bergantung dari jenis bahan.

Langsung aja kita kerjakan contoh soal berikut!

Contoh soal!

Sebuah balok baja berukuran 5 cm x 10 cm x 6 cm. Hitunglah volume akhir balok baja ketika suhunya dinaikkan dari 22 °c ke 42 °c. Diketahui koefisien muai panjang baja 1,1 x 10-5 /°c.

Pembahasan:

Diketahui: 

Vo = 300 cm³ =3 x 102 cm³

T =42 °c-22 °c = 20°c

γ =1,1 x 10^-5/°c = α 3= 3 . 1,1 x 10^-5 /°c = 3,3 x 10^-5 /°c  

Ditanya: Vt =…?

Jawab:

V = Vo . γ . T

V = 3 x 102 cm³ . 3,3 x 10^-5/°c . 20°c

V =1,98 x 10^-1 cm³

Jadi, untuk mencari volume baja setelah mengalami pemuaian, kita jumlahkan aja volume awal bajanya dengan penambahan volumenya, sehingga:

Vt = Vo + V

Vt = 300 + 0,0198

Vt =300,198 cm³

Didapat volume akhir baja setelah dipanaskan adalah 300,198 cm³.

Baca juga: Yuk, Kenali Perbedaan Unsur, Senyawa, dan Campuran

Nah, sekarang kamu udah tau ya alasan mengapa sambungan pada rel kereta api itu harus sedikit direnggangkan. Yap! Betul, karena benda atau zat bisa mengalami penambahan panjang, luas, maupun volume akibat pemuaian. Pemuaian ini bisa terjadi karena perubahan suhu. Sebenarnya, banyak juga contoh pemuaian pada benda yang tanpa kita sadari terjadi di kehidupan sehari-hari. 

Oke, hari ini kita udah belajar banyak, ya! Kalo gitu, waktunya untuk mantepin pemahaman kamu dengan latihan soal, nih! Kamu bisa loh latihan soal dengan ribuan materi dan pembahasan di Bank Soal ruanguji. Yuk, cobain dan ukur kemampuanmu sekarang juga!

Sumber foto:

Paku. http://bumisaka.com/project/paku/ . diakses tanggal 01 oktober 2021

Sumber Gif:

Its aumsum time. https://www.youtube.com/watch?v=9JuKqkZVgTU. diakses 30 september 2021