Pemuaian, materi pelajaran IPA kelas 7 Kurikulum Merdeka

Akibat Perubahan Suhu

1.      Pemuaian Zat Padat

Pada umumnya, benda atau zat padat akan memuai atau mengembang jika dipanaskan dan menyusut jika didinginkan. Pemuaian dan penyusutan itu terjadi pada semua bagian benda, yaitu panjang, lebar, dan tebal benda tersebut. Pada suhu yang tinggi, atom dan molekul penyusun logam tersebut akan bergetar lebih cepat dari biasanya sehingga logam tersebut akan memuai ke segala arah.

 a. Pemuaian Panjang

benda yang panjang mula-mula lo setelah dipanaskan panjang bertambah sepanjang Δl sehingga panjangnnya menjadi lt = lo  + Δl

 Rumus Pemuaian Panjang

b.      Pemuaian Luas

c.       Pemuaian Volume

Beberapa hal yang perlu diperhatikan sehubungan dengan pemuaian dan penyusutan bahan karena perubahan suhu, antara lain:

1)      Sambungan rel kereta api atau jembatan harus diberi celah sebagai ruang pemuaian ketika suhu udara meningkat.

2)      Pemasangan kabel listrik dibuat agak kendor, agar tidak putus ketika menyusut karena penurunan suhu pada musim dingin

Sifat Logam

1.      logam yang memiliki koefisien muai panjang lebih besar, lebih cepat memuai ketika dipanaskan dan lebih cepat menyusut jika didinginkan

2.      logam yang memiliki koefisien muai panjang lebih kecil, lambat memuai ketika dipanaskan dan lambat  menyusut jika didinginkan

Pemanfaatan pemuaian pada keping bimetal :

Dua buah logam yang memiliki yang memiliki nilai koefisien muai panjang berbeda di keeling menjadi satu, sehingga akan membengkok ketika suhunya naik atau suhunya turun.  Keping bimetal dimanfaatkan pada thermostat.

1.      jika dipanaskan akan melengkung ke arah logam yang memiliki koefisien muai panjang yang lebih kecil

2.      jika didinginkan akan melengkung ke arahlogam yang memiliki koefisien muai panjang lebih besar

2.      Pemuaian Zat Cair dan Gas

Apabila dinaikkan suhunya atau dipanaskan zat cair akan memuai, bahkan dengan kenaikan suhu yang sama pemuaian zat cair akan lebih besar daripada zat padat. Pemuaian pada zat cair menyangkut dimensi volume. Besarnya nilai pemuaian pada beberapa jenis zat cair berbeda-beda.

Sifat pemuaian zat cair, yang lebih besar dibandingkan dengan pemuaian zat padat menjadi dasar dari cara bekerjanya thermometer raksa dan thermometer alcohol. Sifat pemuaian zat cair juga perlu diperhatikan dalam kehidupan sehari-hari. Pada saat udara panas, mobil atau sepeda motor yang diparkirkan di lapangan terbuka dengan tangki yang penuh dengan bahan bakar dapat meluap.

Jika kita melihat produk yang berwujud cair di dalam kemasan botol, seperti sirup, kecap, minyak goreng, bahkan bensin eceran pasti tidak pernah penuh. Hal ini bukan berarti si penjual berbuat curang, tetapi sengaja memberi ruang pemuaian agar tidak tumpah.

Pemuaian pada air akan mengalami keanehan. Perubahan air pada saat dipanaskan sampai suhu 4°C, permukaan air menurun yang berarti volumenya mengecil, sedangkan massa jenisnya terbesar. Peristiwa keanehan air pada suhu 4°C disebut anomali air. Peristiwa anomali air dapat kita amati pada grafik berikut ini.

Dengan adanya anomali air ini sangat bermanfaat sekali bagi kehidupan di perairan yang tertutup salju pada musim dingin.

Ketika kita sedang memarkirkan sepeda atau motor di tempat yang panas, tiba-tiba ban meletus. Peristiwa tersebut dikarenakan gas di dalam ban sepeda memuai ketika dipanaskan. Pemuaian gas selain dipengaruhi oleh kenaikan suhu juga dipengaruhi oleh tekanan gas, yang akan kalian pelajari selengkapnya pada tingkat pendidikan lebih lanjut.

Contoh soal

1.      Rel kereta api terbuat dari baja yang panjangnya tepat 40 000 m pada suhu 20°C. Berapa panjang rel kereta api tersebut pada hari panas yang suhunya mencapai 40°C? (koefisien muai baja = 1,1x10^-5)

Penyelesaian :

Diketahui     :     l0   = 40.000 m

                           α  = 11x10^-6

                           Δt = 40°C - 20°C = 20°C

Ditanya        :     lt    = ?

Jawab           :     

lt    = l0 ( 1 +α. Δt )

      = 40.000 (1 + 1,1x10^-5 x 20)

      = 40.000 (1 + 2,2x10^-4)

      = 40.000 (1 + 0,000 22)

      = 40.000 + 8,8

      = 40.008,8 m

Jadi panjang rel kereta api pada suhu 40°C adalah 40.008,8 m

2.    Pada suhu 20°C, batang besi memiliki panjang 250 cm. Batang besi tersebut dipanaskan sehingga panjangnya menjadi 250,075 cm. Apabila koefisien muai panjang besi 0,000012/°C, berapakah suhu besi setelah dipanaskan?

SOAL LATIHAN

1.          Sepotong besi yang panjangnya 200 cm ketika suhunya 20°C dipanaskan sehingga suhunya menjadi 220°C (koefisien muai panjang besi = 0,000012/°C). Setelah pemanasan panjang potongan besi tersebut adalah . . . .

A.       0,48 cm

B.      4,8 cm                     

C.       248 cm

D.      200,48 cm.

2.            Perhatikan gambar sakelar otomatis dengan menggunakan bimetal berikut.

Sakelar bekerja untuk memutus arus pada saat suhu tinggi. Pernyataan berikut yang benar untuk melaksanakan fungsi tersebut adalah . . .

A.    Koefisien muai panjang logam A lebih besar daripada B sehingga akan melengkung ke atas pada saat dipanaskan

B.     Koefisien muai panjang logam A lebih besar daripada B sehingga akan melengkung ke atas pada saat dingin.

C.     Koefisien muai panjang logam B lebih besar daripada A sehingga akan melengkung ke atas pada saat dipanaskan.

D.    Koefisien muai panjang logam B lebih besar daripada A sehingga akan melengkung ke atas pada saat dingin.

3.            Perhatikan gambar transmisi listrik jarak jauh berikut!

Pemasangan kabel listrik pada siang hari dibuat kendor bertujuan agar ….

A.    pada cuaca dingin, kabel listrik tidak putus.

B.     pada keadaan panas kabel listrik dapat diputus

C.     tidak menyusut, ketika dialiri arus listrik

D.    pada siang hari kabel listrik cepat memuai

4.         Pada suhu 30°C, panjang batang perunggu 50 cm. Batang perunggu tersebut dipanaskan hingga suhunya 140°C. Apabila panjang batang perunggu menjadi 50,104 cm, koefisien muai panjang perunggu adalah … .

A.     1,9 x 10^-7/°C   

B.     1,9 x 10^-6/°C

C.     1,9 x 10^-5/°C.

D.    1,9 x 10^-4/°C

5.          Perhatikan gambar bimetal berikut!

 

 Berdasarkan daftar koefisien muai logam berikut,

Logam	a ( /0C )
Kuningan	2,4 . 10−5
Besi	1,2 . 10−5
Baja	1,1 . 10−5
Alumunium	2,7 . 10−5

 logam yang logis untuk M dan N adalah….

 A.      kuningan dan besi

 B.      besi dan baja

 C.     kuningan dan aluminium.

 D.    aluminium dan baja

6.            Empat buah logam berikut memiliki panjang sama, yaitu:

          1.      besi (α = 1,10 х 10^-5 /°C)

          2.      Baja (α = 1,20 х 10^-5 /°C

          3.      tembaga (α = 1,67 х 10^-5 /°C)

          4.      alumunium (α = 2,30 х 10^-5 /°C)

        Manakah yang paling tepat apabila kedua logam berikut dikeling menjadi satu dan didinginkan?

7.            Perhatikan gambar berikut.

Agar kelereng dapat masuk ke dalam botol, hal yang dapat dilakukan adalah ….

A.     memanaskan botol dan kelereng

B.      memanaskan botol dan merendam kelereng dalam air es.

C.      memanaskan kelereng dan merendam botol dalam air es

D.     merendam botol dan kelereng dalam air es

8.       Seorang teknisi akan membuat sebuah bimetal dengan 2 pelat logam yang berbeda. Tiga logam yang dimiliki diketahui nilai koefisien muai panjang zat adalah sebagai berikut

       Besi                = 0,000012/°C

       Tembaga     = 0,0000167/°C

        Aluminium  = 0,000025/°C

        Fungsi bimetal adalah sebagai sakelar panas otomatis dengan fungsi sebagai berikut.

         paduan logam penyusun bimetal yang dibuat adalah sebagai berikut.

	Loagam A	Logam B
(1)	Aluminium	Besi
(2)	Tembaga	Aluminium
(3)	Besi	Tembaga
(4)	Tembaga	Besi

        Susunan bimetal yang tepat ditunjukkan oleh nomor ….

A.      (1) dan (2)

B.      (1) dan (4)

C.      (2) dan (3).

D.      (3) dan (4)

9.          Sebuah baja yang memiliki panjang 1000 cm dengan suhu 30°C dipanaskan sehingga suhunya menjadi 80°C. Diketahui koefisien muai panjang baja adalah 0,000012/°C. Pertambahan panjang baja tersebut adalah ….

        A.      0,006 cm.

        B.      0,036 cm

        C.      1.006 cm

        D.      1.000,6 cm

10.     Pada suhu 20°C, batang besi memiliki panjang 200 cm. Batang besi tersebut dipanaskan sehingga panjangnya menjadi 200,048 cm. Apabila koefisien muai panjang besi 0,000012/°C, , suhu besi setelah dipanaskan adalah … .

        A.      5°C

        B.      20°C

        C.      25°C

        D.      40°C.

11.      Sebuah wadah terbuat dari alumunium volumenya 1.000 cm3, berisi air suhu 25 °C sampai penuh, dipanaskan higga suhunya 100 °C . Apabila koefien muai alumunium 0,000025/ °C  dan koefien air 0,0004/ °C , apa yang terjadi jika dipanaskan?

        A.    Air tumpah sebanyak 28,125 cm3

        B.     Air tumpah sebanyak 29,125 cm3

        C.     Air tidak tumpah, karena volum wadah menjadi lebih besar daripada volum air.

        D.    Air tidak tumpah, karena baik wadah maupun air dipanaskan pada suhu yang sama.

 

SOAL ONLINE

Share this post