Bagaimana Cara Mengukur Suhu?
B. Perpindahan Kalor
1. Pemuaian pada Zat Padat
Pemuaian yang dialami zat padat dapat berupa muai panjang, muai luas, dan muai ruang (volume).
a. Muai Panjang
Apabila sebatang kawat logam dipanaskan, kawat logam tersebut akan mengalami muai panjang.
Perubahan panjang zat setelah dipanaskan bergantung pada panjang mula-mula, kenaikan suhu, dan jenis zat. Misal, panjang besi pada suhu 28°C adalah 50 cm. Setelah di- panaskan hingga suhu 93°C, panjangnya berubah menjadi 50,039 cm.
Bilangan yang menyatakan pertambahan panjang setiap satu satuan panjang zat itu bila suhunya naik 1C° disebut koefisien muai panjang suatu zat.
Apabila panjang logam mula-mula pada suhu 0°C adalah L0 dan pada suhu T°C adalah LT, koefisien muai panjang (α) logam itu dapat dicari dengan persamaan berikut.
α = Δ − T 0 0 L L L T atau α = 2 1 1 T T T ( 2 1) - - L L L T T Keterangan:
α (dibaca: alfa) = koefisien muai dengan satuan /C° LT = panjang logam pada suhu T°C
L0 = panjang logam pada suhu 0°C
ΔT (dibaca: delta te) = selisih suhu sebelum dan sesudah dipanaskan
Tabel Koefisien Muai Panjang (ααααα) No. Nama ααααα (/C°) 1. Seng 0,000029 2. Aluminium 0,0000255 3. Kuningan 0,000019 4. Tembaga 0,000017 5. Perak 0,000019 6. Besi 0,000012 7. Baja 0,000011 8. Platina 0,000009 9. Kaca 0,000009 10. Kaca pyrex 0,000009 Catatan:
Pada umumnya koefisien muai panjang ditulis sampai dengan enam desimal.
Menyelidiki Muai Luas
1. Ambil sebutir kelereng dan se- lembar pelat logam tipis! 2. Buatlah lubang berbentuk
lingkaran pada pelat! Diameter lubang nyaris sama dengan diameter kelereng sehingga kelereng hampir bisa masuk lubang.
3. Bakarlah pelat di sekitar lubang beberapa lama!
4. Masukkan kelereng ke dalam lubang pelat. Berhasilkah? 5. Bila belum berhasil, bakarlah
lagi pelat tersebut! Selamat mencoba.
1. Sebatang tembaga pada suhu 15°C mem- punyai panjang 70 cm. Hitunglah panjang tembaga itu setelah dipanaskan hingga 35°C bila αtembaga = 0,000017/C°! Penyelesaian: Diketahui: T1= 15°C LT1= 70 cm T2= 35°C α= 0,000017/C°
Ditanyakan: panjang tembaga setelah di- panaskan (LT2) Jawab: LT2= LT1 (1 + α (T2 – T1)) = (70 cm)(1 + 0,000017 /°C)(35 C° – 15 C°) = (70 cm)(1 + 0,000017 /°C × 20 C°) = (70 cm)(1 + 0,00034) = (70 cm) × 1,00034 = 70,0238 cm
Panjang tembaga setelah dipanaskan 70,0238 cm.
2. Sebatang kaca pada suhu 25°C panjangnya 20 cm. Pada suhu berapakah panjang kaca tersebut menjadi 20,018 cm bila αkaca = 0,000009/C°?
Penyelesaian
Diketahui: T1 = 25°C LT2= 20,018 cm LT1= 20 cm α = 0,000009/C° Ditanyakan: suhu akhir (T2)
Jawab: α = 2 1 1 T T T ( 2 1) - - L L L T T T2 – T1 = 2 1 1 T T T - L L L a T2 = 2 1 1 T T T - L L L a + T1 = (20,018 20) cm (0,000009/ C) × (20 cm) − ° + 25°C = 0,018 cm 0,00018 cm/ C° + 25°C = 125°C Panjang kaca tersebut menjadi 20,018 cm pada suhu 125°C.
Jawablah soal-soal berikut.
1. Sebatang besi pada suhu 20°C mempunyai panjang 50 cm. Hitunglah panjang besi tersebut setelah dipanaskan hingga 35°C bila αbesi = 0,000012/°C!
2. Sebatang baja pada suhu 15°C panjangnya 25 cm. Pada suhu berapakah panjang baja tersebut menjadi 25,033 cm bila αbaja = 0,000011/°C?
b. Muai Luas
Kalian telah paham bahwa suatu zat bila dipanaskan akan memuai, artinya zat tersebut akan bertambah panjang ke semua arah. Selain mengalami muai panjang, zat padat juga mengalami muai luas.
Jika luas pelat pada suhu awal T1°C adalah AT1 dan pada suhu T2°C adalah A
T2, koefisien muai luas (β) dirumuskan sebagai berikut. β = 2 1 1 T T T ( 2 1) - - A A A T T
Oleh karena peristiwa muai luas pada hakikatnya merupakan pemuaian ke dua arah, yaitu panjang dan lebar, maka:
β = 2 × α
c. Muai Volume
Selain mengalami muai panjang dan muai luas, zat padat yang dipanaskan juga mengalami muai volume (ruang). Lakukan aktivitas berikut untuk mengetahui muai volume zat padat. Oleh karena muai volume melibatkan pemuaian ke arah panjang, lebar, dan tinggi, maka nilai γ = 3 × α .
Menyelidiki Muai Volume Zat Padat A. Apa yang Kalian Perlukan?
1. sepotong tripleks
2. gergaji tripleks (alat pelubang tripleks) 3. sebutir bola besi (gotri)
4. pemanas spiritus
B. Apa yang Harus Kalian Lakukan?
1. Buatlah lubang lingkaran pada tripleks dengan diameter sama dengan diameter bola besi sehingga bola besi bisa masuk lubang dengan tepat (tidak longgar)! 2. Panaskan bola besi di atas pemanas
spiritus!
3. Setelah pemanasan beberapa lama, masukkan bola besi ke dalam lubang! Apakah masih bisa masuk?
4. Ulangi langkah 3 berulang-ulang hingga kelereng tidak dapat masuk lubang!
C. Apa yang Kalian Peroleh?
Tuliskan data pengamatan kalian dalam tabel berikut!
Perlakuan Peristiwa yang Terjadi 1. Sebelum bola besi
dipanaskan. . . . .
2. Setelah bola besi
dipanaskan. . . . .
D. Aplikasi dan Analisis
1. Apakah aktivitas kalian berhasil? 2. Bila berhasil, mengapa bola besi itu tidak
dapat masuk ke dalam lubang? Gejala apakah itu?
3. Apa yang dapat kalian simpulkan dari hasil percobaan di atas?
Koefisien muai volume dirumuskan sebagai berikut.
γ = Δ − 2 1 1 T T T V V V T Keterangan:
γ = koefisien muai volume VT
2 = volume zat cair pada suhu T2
VT
1 = volume zat cair pada suhu T1
ΔT = selisih suhu sebelum dan sesudah pemanasan (T2 – T1) Sifat muai zat cair dalam kehidupan sehari-hari dimanfaatkan untuk pembuatan termometer zat cair (ingat termometer raksa dan alkohol).
Tabel Koefisien Muai Volume (γγγγγ) Zat Cair
No. Nama Zat Cair γγγγγ (/C°)
1. Metanol 0,0012
2. Etanol 0,0011
3. Minyak parafin 0,0009
4. Gliserin 0,0005
Sifat pemuaian benda ternyata banyak kegunaannya dalam kehidupan sehari-hari. Beberapa manfaat pemuaian zat padat dijelaskan sebagai berikut.
1) Pemasangan roda besi pada roda pedati, sambungan rel kereta api, dan pemasangan kaca pada bingkainya.
2) Bimetal
Bimetal berasal dari kata bi yang berarti dua, dan metal yang berarti logam. Pengertian bimetal adalah dua keping logam yang berbeda koefisien muai panjangnya dijadikan satu dengan cara dipaku keling atau dilas.
Ketika dipanaskan atau didinginkan, bimetal tersebut melengkung akibat pemuaian atau penyusutan kedua logam yang berbeda. Arah lengkung bimetal sangat mudah dipahami sebagai berikut.
a) Apabila dipanaskan, bimetal melengkung ke arah logam yang koefisien muai panjangnya lebih kecil. b) Apabila didinginkan, bimetal melengkung ke arah
logam yang koefisien muai panjangnya lebih besar. Banyak sekali peralatan yang memanfaatkan bimetal, antara lain sebagai berikut.
a) Sakelar otomatis pada setrika listrik
Perhatikan Gambar 6. 19. Sakelar otomatis ini sering di- namakan thermostat. Artinya sakelar ini akan memutuskan atau mengalirkan arus listrik karena pengaruh suhu (thermo = suhu).
b) Termometer bimetal
Perhatikan Gambar 6.20. Ketika spiral bimetal terkena panas (suhu naik), bimetal akan memuai yang berarti akan melengkung (menggulung) ke dalam. Sebaliknya, spiral akan menggulung ke luar bila suhu turun. Arah bergeraknya jarum penunjuk suhu mengikuti arah melengkungnya bimetal.
2. Pemuaian pada Zat Cair
Sudah kita ketahui bahwa bentuk zat cair mengikuti bentuk wadah yang ditempatinya. Artinya zat cair tidak mempunyai ukur- an panjang, lebar, dan tinggi yang tetap. Namun, zat cair mem- punyai volume yang tetap meskipun dipindah ke wadah lain. Lakukan kegiatan berikut untuk mengetahui tentang muai volume zat cair!
Gambar 6.18 Bimetal kuningan-besi dan arah lengkungnya bila dipanaskan
Kuningan (α = 0,000019 C°) Besi (α = 0,000012 C°) αk > αb Bimetal kuningan-besi → Bimetal dipanaskan Bimetal
Gambar 6.19 Sakelar otomatis pada setrika listrik
Ujung tetap
Kontak arus K
Ujung bebas
Gambar 6.20 Prinsip kerja termometer bimetal
Spiral bimetal Gambar 6.15 Cara
memasang besi pada roda pedati
Roda kayu Besi panas
⎯→
⎯→
Gambar 6.16 Ruang muai pada penyambungan rel kereta api
Ruang muai
Sumber:Dokumen Penerbit
Gambar 6.17 Ruang muai pada pemasangan kaca
Ruang muai kaca
Sumber:Dokumen Penerbit
Mengapa kawat listrik Saluran Udara Tegangan Ekstra Tinggi (SUTET) pada siang hari yang terik lebih kendur daripada ketika pagi hari?