Konsep dan Rumus Pemuaian dalam Ilmu Fisika

blogteknisi March 24, 2016 Leave a comment

Dear sahabat BT senang bisa jumpa lagi. Hari ini Om BT akan berbagi tentang konsep dan rumus pemuaian dalam ilmu fisika, mudah-mudahan bisa bermanfaat.

Bagi sahabat BT yang berstatus pelajar SD atau SMP/SLTP yang mencari referensi tentang ilmu fisika bisa ditengok postingan-postingan Om BT sebelumnya.

Sahabat BT, pemuaian panas adalah perubahan suatu benda yang bisa menjadi bertambah panjang, lebar, luas, atau berubah volumenya karena terkena panas (kalor).

Singkatnya, pemuaian panas adalah perubahan benda yang terjadi karena panas. Pemuaian tiap-tiap benda akan berbeda, tergantung pada suhu di sekitar dan koefisien muai atau daya muai dari benda tersebut.

Rumus-Rumus Pemuaian

Rumus Muai Panjang

Muai panjang akibat panas ini dapat dirumuskan sebagai berikut :

frac{}{} L_{t} = L_{0} (1+alpha * Delta t)

Di mana :

$frac{}{}L_{t}$ adalah panjang pada suhu t,

$frac{}{}L_{0}$ adalah panjang pada suhu awal,

$frac{}{}alpha$ adalah koefisien muai panjang/kofisien muai linier, dan

$frac{}{} Delta t$ adalah besarnya perubahan suhu.

Suatu benda akan mengalami muai panjang apabila benda itu hanya memiliki (dominan dengan) ukuran panjangnya saja.

Rumus Muai Luas

Muai luas terjadi pada benda apabila benda itu memiliki ukuran panjang & lebar. Muai luas bisa dirumuskan sebagai berikut :

$frac{}{} A_{t} = A_{0} (1 + beta * Delta t)$

Di mana :

$frac{}{}A_{t}$ adalah luas (Area) pada suhu t,

$frac{}{}A_{0}$ adalah luas pada suhu awal,

$frac{}{}beta$ ( 2 kali $frac{}{} alpha$ ) adalah koefisien muai luas, dan

$frac{}{} Delta t$ adalah besarnya perubahan suhu.

Rumus Muai Volum

Muai volum terjadi apabila benda itu memiliki ukuran panjang, lebar, & tinggi. Muai volum bisa dirumuskan sebagai berikut :

$frac{}{} V_{t} = V_{0} (1 + gamma * Delta t)$

Di mana

$frac{}{}V_{t}$ adalah volum pada suhu t,

$frac{}{}V_{0}$ adalah volum pada suhu awal,

$frac{}{}gamma$ ( 3 kali $frac{}{} alpha$ ) adalah koefisien muai volum, dan

$frac{}{} Delta t$ adalah besarnya perubahan suhu.

Contoh Aplikasi

Berikut contoh aplikasi yang memanfaatkan pemuaian pada zat padat:

Air panas untuk membuka tutup botol
Pemasangan bingkai besi pada roda (bingkai besi dipanaskan terlebih dahulu )
Pemasangan kaca jendela (diberi celah agar kaca tidak pecah ketika suhunya naik)
Pemasangan rel kereta api
Kawat telepon dibuat kendor ( agar tidak putus waktu suhunya turun)
Bimetal : dua logam yang mempunyai koefisien muai panjang berbeda yang dikeling jadi satu, dan jika dipanaskan akan melengkung ke arah logam yang koefisien muai panjangnya lebih kecil.

Contoh Soal :

Suatu logam mengalami perubahan suhu dari 30^oC menjadi 80^oC. Jika panjang akhir logam adalah 115 cm dan koefisien muai panjang logam 3.10^-3oC^-1, maka panjang awal logam dan pertambahan panjang logam adalah…..?

Pembahasan :

Diketahui :

Pertambahan suhu (ΔT) = 80^oC – 30^oC = 50^oC
Panjang akhir (Lt) = 115 cm
Koefisien muai panjang logam (a) = 3.10^-3oC^-1

Ditanya :

Panjang awal (L₀) dan pertambahan panjang (ΔL)

Jawab :

a) Panjang awal (L₀)

Rumus pertambahan panjang :

ΔL = α L₀ ΔT

Rumus panjang akhir :

Lt = L₀ +ΔL
Lt = L₀ + α L₁ΔT
Lt = L₀ (1 + α ΔT)
115 cm = L₀ (1 + (3.10^-3oC^-1)(50^oC)
115 cm = L₀ (1 + 150.10^-3)
115 cm = L₀ (1 + 0,15)
115 cm = L₀ (1,15)
L₀ = 115 cm / 1,15
L₀ = 100 cm