Pemuaian Pada Zat Cair - Titik Tripel, Koefisien Muai Volume, Anomali Air

Pemuaian zat cair terjadi pada saat zat cair tersebut dipanaskan. Pada zat cair tidak melibatkan muai panjang ataupun muai luas, tetapi hanya dikenal muai ruang atau muai volume saja. Semakin tinggi suhu yang diberikan pada zat cair itu maka semakin besar muai volumenya.

Besarnya pemuaian pada benda cair dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan sebagai berikut :

ΔV = V₀γΔT = V₀3αΔT = 3V₀αΔT

Keterangan :

ΔV = perubahan volume suatu benda (m³)

V₀ = volume awal benda (m³)

γ = adalah koefisien muai volume (/°C)

ΔT = perubahan suhu (°C)

 

Pemuaian zat cair untuk masing-masing jenis zat cair berbeda-beda, akibatnya walaupun mula-mula volume zat cair sama tetapi setelah dipanaskan volumenya menjadi berbeda-beda. Pemuaian volume zat cair erkait dengan pemuaian tekanan karena peningkatan suhu. Titik pertemuan antara wujud cair, padat dan gas disebut titik tripel (triple Point).

A. Titik Tripel (Triple Point) Pemuaian Zat Cair

Seperti halnya dengan zat padat, pemuaian berbagai jenis zat cair juga tidak sama, tergantung kepada jenis zat caimya. Pemuaian pada zat cair menyangkut dimensi volume. Besamya nilai pemuaian pada beberapa jenis zat cair berbeda- beda.

• Pemuaian pada alkohol lebih besar daripada pemuaian gliserin.
• Pemuaian pada minyak parafin lebih besar daripada pemuaian gliserin.
• Pemuaian pada gliserin lebih besar daripada pemuaian pada raksa.
• Pemuaian pada alkohol lebih besar dari pemuaian air.
• Pemuaian pada air lebih besar daripada pemuaian minyak kelapa.

Titik tripel Pemuaian Zat Cair

Dengan demikian, pemuaian pada zat cair dipengaruhi oleh jenis zat caimya. Untuk dapat membedakan pemuaian antara satu jenis zat cair dengan zat cair lainnya, berikut ini tercantum nilai koefisien muai volume pada beberapa jenis zat cair.

Koefisien Muai Volume pada beberapa jenis zat cair dalam satuan /°C

Jenis Zat	Koefisien Muai Volume /°C (γ)
Aseton	0.00150
Parafin	0.0009
Alkohol	0.00120
Raksa	0.00018
Gliserin	0.0005

B. Koefisien Muai Volume pada Beberapa Jenis Zat Cair

Sifat pemuaian zat cair, yang lebih besar dibandingkan dengan pemuaian zat padat menjadi dasar dari cara bekerjanya termometer raksa dan termometer alkohol. Pemuaian pada air akan mengalami keanehan. Apabila kita mengamati perubahan air pada saat dipanaskan sampai suhu 4°C akan menampakkan keanehan. Pada kondisi tersebut, permukaan air menurun yang berarti volumenya mengecil, sedangkan massa jenisnya terbesar. Peristiwa keanehan air pada suhu tersebut disebut anomali air.

Khusus untuk air, pada kenaikan suhu dari 0°C sampai 4°C volumenya tidak bertambah, akan tetapi justru menyusut. Pengecualian ini disebut dengan anomali air. Oleh karena itu, pada suhu 4°C air mempunyai volume terendah. Hubungan volume dengan suhu pada air dapat digambarkan pada grafik berikut:

Pada suhu 4°C, air menempati posisi terkecil sehingga pada suhu itu air memiliki massa jenis terbesar. Jadi air bila suhunya dinaikkan dari 0°C-4°C akan menyusut, dan bila suhunya dinaikkan dari 4°C ke atas akan memuai. Hubungan antara suhu dan volume air dapat digambarkan pada gambar diatas. Biasanya pada setiap benda bila suhunya bertambah pasti mengalami pemuaian.

Peristiwa yang terjadi pada air itu disebut anomali air. Hal yang sama juga terjadi pada bismuth dengan suhu yang berbeda. Kecepatan pemuaian pada berbagai macam zat berbeda-beda, begitu juga pemuaian zat cair

Pemuaian Zat Padat - Muai Panjang, Muai Luas, Muai Ruang

Pemuaian adalah bertambahnya ukuran suatu benda karena pengaruh perubahan suhu atau bertambahnya ukuran suatu benda karena menerima kalor. Pemuaian dapat terjadi pada 3 jenis zat yaitu pemuaian pada zat padat, pada zat cair, dan pada zat gas.

Pemuaian pada zat padat ada 3 jenis yaitu pemuaian panjang (untuk satu demensi), pemuaian luas (dua dimensi) dan pemuaian volume (untuk tiga dimensi).

A. Muai Panjang / Muai Linear Zat Padat

Muai panjang berbagai macam benda padat dapat diselidiki dengan alat Musschenbroek. Jika batang logam yang dipasang pada alat Musschenbroek dipanaskan maka batang logam akan bertambah panjang. Namun, pertambahan panjang batang logam yang satu dengan yang lain berbeda. Artinya, tingkat pemuaian logam-logam tersebut juga berbeda.

Logam yang paling besar pemuaiannya akan mendorong jarum penunjuk hingga berputar paling jauh, sedangkan logam yang pemuaiannya paling kecil akan mendorong jarum penunjuk berputar paling dekat. Jika digunakan batang logam aluminium, baja, dan besi, maka logam aluminium memuai paling besar, sedangkan besi adalah logam yang memuai paling kecil.

Alat Musschenbroek dapat menunjukkan bahwa:

1. Pemuaian dan pertambahan panjang zat padat jika dipanaskan
2. Pemuaian zat padat tergantung pada jenis zat padat itu
3. Pemuaian zat padat sebanding dengan kenaikan suhunya
4. Pemuaian panjang zat padat ditentukan oleh koefisien muai panjang zat padat itu

Alat Musschenbroek

Pertambahan panjang 1m benda tiap kenaikan suhu 1°C ini disebut koefisien muai panjang (∝). Jadi, koefisien muai panjang suatu benda adalah bilangan yang menunjukkan pertambahan panjang suatu benda tiap satuan panjang jika suhu benda tersebut naik 1°C. Dengan demikian, jika dinyatakan bahwa koefisien muai panjang tembaga adalah 0,000017/°C maka berarti setiap 1 meter tembaga yang suhunya dinaikkan 1°C akan bertambah panjang 0,000017 meter. Jika ditulis dalam persamaan maka:

Atau dapat juga ditulis dalam bentuk:

l_t = l₀ {1+∝.ΔT}

Sebatang tongkat logam pada suhu T₁ panjangnya l₁ dan pada suhu T₂ panjangnya l₂. Dengan proses matematika dapat diperoleh persamaan sebagai berikut:

l₂ = l₁ {1 + ∝ (T₂-T₁)}

l₂ = l₁ {1+∝.ΔT}

Satuan koefisien muai panjang ini adalah .../°C atau .../°K.

Jenis Logam	Koefisien Muai Panjang (.../°C)
Aluminium	0.000025
Tembaga	0.0000167
Besi	0.000012
Baja	0.000011
Platina	0.0000089
Kaca	0.000009
Kaca Pyrex	0.000003
Kuningan	0.000019
Seng	0.000026

B. Muai Luas Zat Padat

Pemuaian dalam zat padat sebenamya terjadi ke semua arah, yaitu memanjang, melebar, dan menebal. Namun, pengukuran pemuaian panjang pada benda padat sudah dianggap cukup memadai untuk mewakili pemuaian luas. Misalnya, menghitung pemuaian luas sebuah benda yang berupa lembaran tipis berbentuk persegi panjang dengan menghitung terlebih dahulu muai panjang dan muai lebamya dengan persamaan yang berlaku pada pemuaian panjang.

Jika pada suhu T₁ luas benda adaiah A₁ dan pada suhu T₂ luasnya A₂ maka berlaku persamaan muai luas dengan pendekatan sebagai berikut:

A₂ = A₁ {1 + 2∝ (T₂-T₁)} atau

A₂ = A₁ {1 + β (T₂-T₁)}

A₂ = A₁ {1 + β . ∆T}

β = 2∝

β = koefisien muai luas

Dengan:

A₂ = Luas benda setelah dipanaskan (m²)

A₁ = Luas benda mula-mula (m²)

β = Koefisien muai luas (°C^-1 atau K^-1)

T₂ = Suhu benda setelah dipanaskan (°C atau K)

T₁ = Suhu benda mula-mula (°C atau K)

Persamaan di atas cukup memadai untuk menghitung persoalan sederhana sehubungan dengan pemuaian luas benda padat (terutama untuk benda-benda padat dengan koefisien muai panjang yang kecil).

Koefisien muai luas zat padat adaiah bilangan yang menunjukkan pertambahan luas suatu benda tiap satuan luas jika suhunya naik 1°C.

C. Muai Ruang / Muai Volume Zat Padat

Muai apa yang terjadi pada benda yang berbentuk pipa dan berbentuk keping? Bagaimana pada benda yang berbentuk bola? Untuk membuktikan adanya muai ruang pada benda yang berbentuk bola dapat menggunakan alat yang diciptakan Willem 's Gravesande.

Jika bola dipanaskan, bola memuai, volumenya bertambah besar sehingga tidak dapat masuk ke dalam gelang. Setelah beberapa saat, gelang ikut panas dan bola dapat masuk kembali ke dalam gelang. Itu berarti, panas pindah dari bola ke gelang dan diameter gelang membesar.

Dengan gelang Willem 's Gravesande dapat dibuktikan bahwa:

1. Zat padat jika dipanaskan akan memuai dan volumenya bertambah besar
2. Pemuaian benda berongga akan memperbesar rongganya (arah pemuaiannya keluar rongga)
3. Panas dapat berpindah dari satu benda ke benda lainnya.

Gelang Gravesande

Pemuaian volume zat tergantung jenis zat padatnya. Sebuah benda padat pada suhu °C volumenya V₁, pada suhu T°C, volumenya V₂.

Pertambahan volume tiap satuan suhu benda padat adalah:

Bilangan yang menunjukkan pertambahan volume suatu benda tiap satuan volume jika suhunya naik 1°C disebut koefisien muai ruang (γ).

Persamaan di atas dapat diubah menjadi persamaan berikut ini:

V₂ = V₁ (1 + γΔT)

Jika volume zat padat pada T₂ adalah V₁dan volume pada T₂ adalah V₂ maka berlaku:

Untuk zat padat yang angka muainya sangat kecil, berlaku persamaan:

V₂ = V₁ {1 + γ (T₂-T₁)}

V₂ = V₁ {1 + γ . ∆T}

Dengan:

V₂ = Volume benda setelah dipanaskan (m³)

V₁ = Volume benda mula-mula (m³)

γ = 3∝ = Koefisien muai luas (°C^-1 atau K^-1)

T₂ = Suhu benda setelah dipanaskan (°C atau K)

T₁ = Suhu benda mula-mula (°C atau K)

Hubungan antara koefisien muai ruang (γ) dengan koefisien muai panjang (∝) dapat dinyatakan dalam persamaan sebagai berikut:

γ = 3∝

Pada konstruksi jembatan, pada setiap sambungan diberikan ruang kosong (spasi) yang berfungsi untuk menghindari tekanan antara bagian jembatan dengan jalan akibat terjadinya pemuaian zat padat.