Laporan Praktikum Fisika tentang Muai Panjang Zat Padat

MUAI PANJANG ZAT PADAT

3.1. Tujuan Praktikum

1. Menentukan koefisien muai panjang beberapa jenis logam.

2. Dapat mengukur seberapa besar pertambahan panjang beberapa logam apabila dipanaskan.

3.2. Dasar Teori

Pemuaian adalah bertambahnya ukuran suatu benda karena pengaruh perubahan suhu atau bertambahnya ukuran suatu benda karena menerima kalor. Muai panjang berbagai zat padat diselidiki dengan alat Musschenbroek. Dengan alat ini ditemukan bahwa muai panjang zat padat bergantung pada tiga faktor yaitu panjang awal karena bila semakin besar panjang awal, maka makin besar muai panjang dan suhu karena semakin besar kenaikan suhu maka semakin besar pula besar muai panjang.

3.2.1.   Jenis-Jenis Pemuaian Zat Padat

Ada tiga jenis pemuaian zat padat pada benda yang akan kami bahas dalam bab ini, yaitu :

a.     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 yang panjang sekali.

Pemuaian panjang suatu benda dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu panjang awal benda, koefisien muai panjang dan besar perubahan suhu. Koefisien muai panjang suatu benda sendiri dipengaruhi oleh jenis benda atau jenis bahan.

L= L0 ( 1 + α ∆t)

Secara matematis persamaan yang digunakan untuk menentukan pertambahan panjang benda setelah dipanaskan pada suhu tertentu adalah:

                       

Keterangan :

L   = Panjang akhir (m) atau (cm)

L₀  = Panjang awal (m) atau (cm)

Α   = Koefisien muai panjang (/^oC)

∆t  = Perubahan suhu (^oC)

Yang perlu diperhatikan adalah didalam rumus tersebut banyak sekali menggunakan lambang sehingga menyulitkan dalam menghafal. Disarankan untuk sering menggunakan rumus tersebut dalam mengerjakan soal dan tidak perlu dihafal.

b.    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 sekali dan tipis.

Seperti halnya pada pemuian luas faktor yang mempengaruhi pemuaian luas adalah luas awal, koefisien muai luas, dan perubahan suhu. Karena sebenarnya pemuaian luas itu merupakan pemuian panjang yang ditinjau dari dua dimensi maka koefisien muai luas besarnya sama dengan 2 kali koefisien muai panjang. Pada perguruan tinggi nanti akan dibahas bagaimana perumusan sehingga diperoleh bahwa koefisien muai luas sama dengan 2 kali koefisien muai panjang.

Untuk menentukan pertambahan luas dan volume akhir digunakan persamaan sebagai berikut :

A=Ao (1+β∆t)

                          

Keterangan:

A    = Luas akhir (m²) atau (cm²)

Ao  = Luas awal (m²) atau (cm²)

Β    = Koefisien muai luas (/^oC)

∆t   = Perubahan Suhu (^oC)

c.     Pemuaian volume

Adalah pertambahan ukuran volume suatu benda karena menerima kalor. Pemuaian volume terjadi benda yang mempunyai ukuran panjang, lebar dan tebal. Contoh benda yang mempunyai pemuaian volume adalah kubus, air dan udara. Volume merupakan bentuk lain dari panjang dalam 3 dimensi karena itu untuk menentukan koefisien muai volume sama dengan 3 kali koefisien muai panjang. Sebagaimana yang telah dijelaskan diatas bahwa khusus gas koefisien muai volumenya sama dengan 1/273.

V=Vo(1+ɣ.∆t)

Persamaan yang digunakan untuk menentukan pertambahan volume dan volume akhir suatu benda tidak jauh beda pada perumusan sebelum. Hanya saja beda pada lambangnya saja. Perumusannya adalah :

Keterangan :

V    = Volume akhir (m³) atau (cm³)

Vo  = Volume awal (m³) atau (cm³)

ɣ     = Koefisien muai volume (/^oC)

∆t    = Perubahan suhu (^oC)

3.2.2.   Manfaat Pemuaian Pada Pertambangan

Pemuaian yang terjadi pada pertambangan. Contoh pemanfaatan pemuaian dalam pertambangan adalah:

1.    Pemasangan poros roda pada kereta api dan pedati pada pertambangan bawah tanah. Dalam hal ini diameter poros di buat lebih besar sedikit di banding diameter lubang roda. Dengan memanaskan roda kereta, maka lubang pada roda memuai. Pada saat itulah poros dimasukkan ke dalam roda kemudian roda didinginkan.

2.    Penggunaan bimetal untuk sakelar otomatis listrik pada pertambangan. Bimetal adalah dua keping logam berbeda yang disatukan dengan cara dikeling atau dilas. Karena kedua logam berbeda koefisien muainya, maka ketika dipanaskan atau didinginkan bimetal akan melengkung. Bimetal melengkung ke arah logam yang koefisien muainya lebih kecil ketika dipanaskan dan melengkung ke arah logam yang koefisien muainya lebih besar ketika dipanaskan.

3.    Kerugian yang ditimbulkan akibat pemuaian dalam pertambangan adalah sebagai berikut :

4.    Rel kereta api melengkung pada siang hari dari dalam pertambangan bawah tanah sampai ke stockpile yang berada di luar tambang, karena rel mengalami pemuaian, sedangkan rel terikat oleh baut-baut pengikat. Untuk mengatasi melengkungnya rel, pada tiap sambungan rel diberi celah.

5.    Kaca pada jendela atau kaca pada pintu dalam ruangan kerja dalam pertambangan terbuka, retak atau pecah pada siang hari yang panas. Hal ini karena pemuaian kaca lebih besar di banding pemuaian kayu. Untuk mencegah agar kaca tidak pecah, maka bingkai kaca dibuat luas (longgar) dibanding kacanya.

6.    Jembatan dapat melengkung yang berada di dalam pertambangan terbuka atau patah ketika suhu udara naik Hal ini dapat diatasi dengan cara membuat celah (rongga) pada tiang penyangga jembatan atau membuat celah pada tiap sambungan balok jembatan.

7.    Bagian mesin alat berat dalam pertambangan memuai ketika mesin sedang berjalan. Akibatnya, suara mesin menjadi kasar dan bagian yang berputar menjadi mogok berputar. Hal ini dapat diatasi dengan cara mendinginkan mesin dengan cara memasukkan cairan pendingin.

8.    Kabel listrik yang disalurkan di pertambangan dipasang agak kendor. Jika dipasang pada posisi tegang, pada malam hari suhunya lebih rendah, kabel listrik menyusut dan dapat putus.

3.3. Alat dan Bahan

1. Stopwatch

2. Termometer

3. Gelas Ukur

4. Corong

5. Selang

6. Pembakar Spirtus

7. Sumbat Karet

8. Penunjuk Khusus

9. Tembaga

10. Almunium

11. Besi

12. Batang Statif Panjang

13. Penjepit Statif

14. Klen Bosshead

15. Penggaris

16. Batang Statif Pendek

17. Jangka Sorong

18. Dasar Statif

19. Spirtus

20. Piring Kecil

4.4 Prosedur Kerja

1. Siapkan alat dan bahan yang akan digunakan

2. Jepitkan ujung pipa baja ke pegas jepit pada petunjuk khusus dan ujung lain pada klem bosshead yang bawah pada batang statif vertikal. Tancapkan ujung selang silicon pada penyambungan batang selang dan ujung yang lain ke ujung pipa baja. Tancapkan pula ujung selang plastik keujung pipa baja yang bawah dan siapkan tatakan gelas (di ujung lain dari selang) untuk menampung air

3. letakkan penggaris logam diatas meja, tepat dibawah jarum petunjuk khusus

4. letakkan pembakar spirtus tepat dibawah labu erlenmenyer. Nyalakan pembakar spirtus dan atur posisi labu erlenmenyer sehingga memperoleh pemanasan yang optimal

5. Setelah air mulai mendidih, amati gerak jarum penunjuk khusus

6. amati nilai (angka) yang ditunjukkan jarum penunjuk khusus pada posisi terakhir dan catat hasil pengamatan ke dalam tabel

7. matikan api pembakaran spirtus, lepaskan pipa baja dari rangkaian dan dinginkan pipa tersebut

8. ulangi langkah 1 sampai dengan 6 untuk pipa tembaga dan pipa aluminium

9. kemasi alat dan bahan, selesaikan seluruh isian tabel, kemudian, diskusikan seluruh isian tabel untuk menarik kesimpulan