Pengaruh Kalor Terhadap Suatu Zat

By | April 9, 2014

Pengaruh Kalor Terhadap Suatu Zat- Anda mungkin pernah melihat sambungan rel kereta api dibuat renggang atau bingkai kaca lebih besar daripada kacanya. Hal ini dibuat untuk menghindari akibat dari terjadinya pemuaian. Pemuaian terjadi jika benda yang dapat memuai diberi panas. Ada 3 jenis pemuaian jenis zat, yaitu pemuaian zat padat, pemuaian zat cair, dan pemuaian zat gas. Pada bagian ini hanya akan dibahas pemuaian zat padat.

1. Pemuaian Panjang

Jika temperatur dari sebuah benda naik, kemungkinan besar benda tersebut akan mengalami pemuaian. Misalnya, sebuah benda yang memiliki panjang L0 pada temperatur T akan mengalami pemuaian panjang sebesar ΔL jika temperatur dinaikan sebesar ΔT. Secara matematis, perumusan pemuaian panjang dapat dituliskan sebagai berikut.

ΔL = α L0ΔT ……….. (7–1)

dengan α adalah koefisien muai panjang.

α=ΔL/LoΔT

Satuan dari α adalah kebalikan dari satuan temperatur skala Celsius oC-1 atau kelvin K-1 . Tabel berikut ini menunjukkan nilai dari koefisien muai panjang untuk berbagai zat.

Tabel 7.1 Nilai Pendekatan Koefisien Muai Panjang untuk Berbagai Zat

Bahan Α (K-1)
Aluminium 24 × 10–6
Kuningan 19 × 10–6
Karbon
Intan 1,2 × 10–6
Grafit 7,9 × 10–6
Tembaga 17 × 10–6
Gelas
Biasa 9 × 10–6
Pyrex 3,2 × 10–6
Es 51 × 10–6
Invar 1 × 10–6
Baja 11 × 10–6

Sumber: Phsics, 1995

2. Pemuaian Luas

Sebuah benda yang padat, baik bentuk persegi maupun silinder, pasti memiliki luas dan volume. Seperti halnya pada pemuaian panjang, ketika benda dipanaskan, selain terjadi pemuaian panjang juga akan mengalami pemuaian luas. Perumusan pada pemuaian luas hampir sama seperti pada pemuaian panjang, yaitu sebagai berikut

ΔA = β Ao Δ T ……….. (7–3)

dengan β adalah koefisien muai luas. satuan dari β adalah 1/K sama seperti koefisien muai panjang (α ). Coba Anda perhatikan sebuah tembaga berbentuk persegi sama sisi. Misalkan, panjang sisi tembaga adalah L0 maka luas tembaga adalah L02. Jika tembaga tersebut dipanasi sampai terjadi perubahan temperatur sebesar ΔT maka sisi-sisi tembaga akan memuai dan panjang sisi tembaga menjadi L0 + ΔT. Luas tembaga setelah memuai akan berubah menjadi (L0 + ΔT)2 dan perubahan luas setelah pemuaian adalah:

ΔA = (L0 + ΔL)2L02

ΔA = L02 + 2L0ΔL + ΔL2L02

ΔA = 2L0ΔL + ΔL2

β = 2ΔL/LoΔT

dari perumusan koefisien muai luas, yaitu

β =ΔA/AoΔT

β = 2L0ΔL + ΔL2 / LoΔT

Oleh karena perubahan panjang ΔL tembaga sangatlah kecil maka nilai ΔL2 dapat diabaikan. Jika ditulis ulang, persamaan tersebut menjadi

β = 2ΔL / LoΔT

atau

β = 2α

3. Pemuaian Volume

Seperti yang telah dibahas sebelumnya, setiap benda yang padat pasti memiliki volume. Jika panjang sebuah benda dapat memuai ketika dipanaskan maka volume benda tersebut juga ikut memuai. Perumusan untuk pemuaian volume sama dengan perumusan panjang dan luas, yaitu

Δ VV0 Δ T ……….. (7–6)

dengan γ adalah koefisien muai volume Perlu Anda ketahui terdapat hubungan antara α dan β terhadap waktu γ , yaitu

γ =3α

γ=3 β /2

Contoh soal

1. Sebuah kuningan memiliki panjang 1 m. Tentukanlah pertambahan panjang kuningan tersebut jika temperaturnya naik dari 10°C sampai 40°C.

Penyelesaian

Diketahui: L0 = 1 m,

ΔT = 40°C – 10°C = 30°C = 303,15K, dan kuningan α = 19 × 10–6/K.

ΔL = α L0 ΔT

= (19 × 10–6/K)(1 m)(303,15 K)

= 5,76 × 10–3 = 5,76 mm

Jadi, pertambahan panjang kuningan setelah temperaturnya naik menjadi 40° adalah 5,76 mm.

2. Sebuah batang aluminium memiliki luas 100 cm2. Jika batang aluminium tersebut dipanaskan mulai dari 0°C sampai 30°C, berapakah perubahan luasnya setelah terjadi pemuaian? (Diketahui: α = 24 × 10–6/K).

Jawab

Diketahui: A0 = 100 cm2 = 1 m2, ΔT = 30°C – 0°C = 30°C = 303,15 K, dan β = 2α = 48 × 10–6/K.

ΔA = β A0ΔT

ΔA = 48 × 10–6/K × 1 m2 × 303,15 K

ΔA = 0,0145 m2

Jadi, perubahan luas bidang aluminium setelah pemuaian adalah 0,0145 m2.

3. Sebuah bola yang memiliki volume 50 m3 jika dipanaskan hingga mencapai temperatur 50°C. Jika pada kondisi awal kondisi tersebut memiliki temperatur 0°C, tentukanlah volume akhir bola tersebut setelah terjadi pemuaian (Diketahui α = 17 × 10–6/K)

Jawab

Diketahui: V0 = 50 m3,

ΔT = 50°C – 0°C = 50°C = 323,15 K, dan γ = 3α = 51 × 10–6/K.

ΔV = γVT

ΔV = 51 × 10–6/K × 50 m3 × 323,15 K

ΔV = 0,82 m3

ΔV = V Vo

V = ΔV + Vo

V = 0,82 m3 + 50 m3 = 50,82 m3

Jadi, volume akhir bola setelah pemuaian adalah 50,82 m3 4. Sebatang besi yang panjangnya 80 cm, jika dipanasi sampai 50oC ternyata bertambah panjang 5 mm, maka berapa pertambahan panjang besi tersebut jika panjangnya 50 cm dipanasi sampai 60oC?

Penyelesaian:

Diketahui: Lo1 = 80 cm ; Lo2 = 50 cm

Δt1 = 50oC ; Δt2 = 60oC

ΔL1= 5 mm

Ditanya: ΔL2

Jawab:

Karena jenis bahan sama (besi), maka:

α1 = α2

ΔL1/LoΔT1 = ΔL2/LoΔT2

ΔL2= 15.000/4.000 = 3,75 mm

5. Sebuah bejana tembaga dengan volum 100 cm3 diisi penuh dengan air pada suhu 30oC. Kemudian keduanya dipanasi hingga suhunya 100oC. Jika α tembaga = 1,8 . 10-5/oC dan γ air = 4,4 .10-4/oC, berapa volum air yang tumpah saat itu?

Penyelesaian:

Diketahui: Vo tembaga = Vo air = 100 cm3

Δt = 10oC – 30oC = 70oC

α tembaga = 1,8 . 10-5/oC

(γ tembaga = 5,4 . 10-5/oC)

γ air = 4,4 .10-4/oC

Ditanya: Vair yang tumpah = …?

Jawab:

Untuk tembaga

Vt = Vo (1 + γ . Δt)

Vt = 100 (1 + 5,4 . 10-5 . 70)

Vt = 100,378 cm3

Untuk air

Vt = Vo (1 + γ . Δt)

Vt = 100 (1 + 4,4 . 10-5 . 70)

Vt = 103,08 cm3

Jadi V air yang tumpah = Vt air – Vt tembaga

= 103,08 – 100,378

= 2,702 cm3

6. Sebatang besi dengan panjang 4 m dan lebar 20 cm bersuhu 20 oC. Jika besi tersebut dipanaskan hingga mencapai 40 oC, berapakah luas kaca setelah dipanaskan? ( α = 12 × 10-6 /oC)

Penyelesaian:

Diketahui: A0 = 4 × 0,2 = 0,8 m2

ΔT = (40 – 20)oC = 20 oC

α = 12 × 10-6 /oC → β = 24 × 10-6 /oC

Ditanya: A = … ?

Jawab:

ΔA = β .A0. ΔT = (24 × 10-6 )(0,8)(20) = 384 × 10-6 m2 = 0,384 × 10-3 m2

A = (800 × 10-3) + (0,384 × 10-3) = 800,384 × 10-3 m2 = 0,800384 m2


Artikel lainnya: Pengertian Kalorimeter Apa itu Konveksi kalor Pengertian Kalor Laten Macam-macam Perubahan Wujud Zat Definisi Kalor

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *