Jurnal ILMU DASAR, Vol.XX No. x, Juli 2017 : 1-2 1
Coefficient of Length Expansion and Increase in Length of Steel Based on Temperature Variations
Koefisien Muai Panjang dan Pertambahan Panjang Baja Berdasarkan Variasi Suhu
Adella Natasya
Universitas Jember, Jl. Kalimantan Tegalboto No.37, Krajan Timur, Sumbersari, Kec. Sumbersari, Kabupaten Jember, Jawa Timur 68121
*Coressponding Email: [email protected]
ABSTRACT
The practicum was conducted to determine the length increase of steel and the coefficient of expansion of the length of steel based on variations in temperature, to determine the factors that affect the expansion of steel length and to determine the effect of temperature on the increase in length and coefficient of length expansion. Tools and materials used in this practicum are stative base, stative rod, metal ruler, special pointer, steel pipe, hose connector, silicone hose, boss head, bunsen, universal clamp, large rubber stopper, Erlenmeyer flask, and alcohol thermometer. The method used is the method of work and method of analysis.
The working method used is to arrange and install practical tools and materials as shown in Figure 1. Set up experimental equipment, observe the movement of a special pointer during heating, until the water in the Erlenmeyer flask boils, record the temperature when the needle shows at 25 cm, and turn off the fire at the bunsen. The analytical method used is to determine the change in length, change in actual length, temperature change, coefficient of expansion of steel length, average coefficient of expansion of steel length, error of coefficient of long expansion of steel. The result of the increase in length that can be obtained is 0.0143 cm.
The coefficient of long expansion obtained is 10.9 x 10-6 /˚C. Based on the results of practicum data, it can be seen that the higher the temperature, the greater the increase in length of the steel. The coefficient of expansion of the length of the material does not depend on variations in temperature, but depends on the type of material.
Keywords: pemuaian panjang baja, koefisien muai panjang baja
PENDAHULUAN/INTRODUCTION Beberapa zat akan mengalami pemuaian panjang apabila dipanaskan dan mengalami penyusutan panjang apabila didinginkan.
Apabila suatu zat suhunya dinaikkan maka molekulnya akan bergetar lebih cepat dan amplitude getaran akan bertambah besar yang mengakibatkan jarak antara molekul benda semakin besar dan terjadilah pemuaian.
Pemuaian panjang adalah pertambahan ukuran panjang suatu benda atau bahan akibat dari perubahan suhu atau penerimaan kalor. Pada pemuaian panjang nilai lebar dan tebal sangat kecil dibandingkan dengan nilai panjang benda tersebut. Sehingga lebar dan tebal dianggap tidak ada. Pemuaian panjang suatu benda dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu panjang awal benda, koefisien muai panjang dan besar perubahan suhu (Radiyono & Wulandari 2015, Aniyah 2018).
Setiap benda atau bahan memilki nilai atau bilangan yang menunjukkan pertambahan panjang benda tiap satuan panjang saat terjadi
kenaikan suhu 1℃. Nilai ini disebut dengan koefisien muai panjang. Koefisien muai panjang baja mencerminkan kemampuan baja di dalam merespon pertambahan energi panas yang diberikan, dalam bentuk pemuaian baja.
Semakin tinggi koefisien muai panjang sebuah baja, menunjukkan semakin mudah baja mengalami pertambahan panjang akibat pemuaian di dalam baja (Gideon S et al. 2021).
Dengan memakai konsep perubahan ∆𝐿 sebagai hasil dari panjang setelah dipanasi, L dikurangkan dengan panjang mula-mula L0
maka dapat dituliskan persamaan berikut.
∆𝐿 = 𝛼 𝐿0 ∆𝑇 𝐿 − 𝐿0= 𝛼 𝐿0 ∆𝑇 𝐿 = 𝐿0(1 + 𝛼 ∆𝑇)
dengan L panjang setelah dipanaskan, 𝐿0 panjang mula-mula, 𝛼 koefisien muai panjang dan ∆𝑇 perubahan suhu. Adanya perubahan suhu dalam bahan disebabkan oleh karena perubahan energi panas dari sistem karena
2 Koefisien Muai Panjang Dan Pertambahan Panjang Baja Berdasarkan Variasi Suhu (Natasya)
adanya transfer energi antara sistem dan lingkungan. Oleh karena itulah, pertambahan panjang pada baja akan diamati pada setiap perubahan suhu baja (Isnawati et al. 2020, Kristanto 2020).
Praktikum ini bertujuan untuk: (1) menjelaskan faktor-faktor yang mempengaruhi pemuaian panjang baja, (2) mengetahui pengaruh kenaikan suhu terhadap pertambahan panjang pada baja, (3) menentukan pertambahan panjang baja berdasarkan variasi suhu (4) menetukan koefisien muai panjang baja berdasarkan variasi suhu. Manfaat yang di dapatkan dari praktikum ini adalah (1) mengaplikasikan pemuaian panjang baja dalam kehidupan sehari-hari, (2) dapat mengantispasi kerugian dari pemuaian panjang pada baja.
METODE/ METHODS
Metode praktikum yang digunakan meliputi alat dan bahan yang digunakan, desain percobaan, metode kerja, dan metode analisis. Alat dan bahan yang digunakan dalam praktikum ini, yaitu dasar statis yang berfungsi untuk merangkai alat statis sebanyak 1 buah, batang statif yang berfungsi sebagai tiang penyangga alat statif sebanyak 1 buah, penggaris logam yang berfungsi untuk mengukur perubahan panjang sebanyak 1 buah, penunjuk khusus yang berfungsi untuk menunjuk perubahan panjang sebanyak 1 buah, pipa baja yang berfungsi sebagai bahan percobaan sebanyak 1 buah, penghubung selang yang berfungsi untuk menghubungkan selang silikon dan penghubung lainnya sebanyak 1 buah, selang silikon yang berfungsi untuk menghubungkan selang lainnya kepada pipa baja sebanyak 1 buah, boss head berfungsi untuk menempatkan atau menjepit klem universal dengan statif sebanyak 1 buah, pembakar spiritus yang berfungsi untuk memanaskan air pada erlenmeyer sebanyak 1 buah, klem universal berfungsi untuk mengklem labu erlenmeyer sebanyak 1 buah, sumbat karet besar berfungsi sebagai tempat untuk menancapkan ujung penghubung selang sebanyak 1 buah.
Gambar 1. Set Up Alat Percobaan (Sumber :Tim Penyusun, 2021)
Metode kerja yang digunakan pada praktikum pertambahan panjang pada baja adalah sebagai berikut:
1. Disusun alat praktikum seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1
2. Diambil labu erlenmeyer kemudian diisi dengan air 10 ml dan dipasang pada statif dengan menggunakan klem universal
3. Dipasang penunjuk khusus pada dasar statif sebelah kanan, sedemikian hingga penunjuk dapat bergerak bebas
4. Dijepit salah satu ujung batang/pipa baja pada penjepit penunjuk khusus, sementara ujung lainnya pada boss head
5. Ditancapkan ujung dari penghubung selang pada sumbat karet, kemudian dipasang selang silikon pada ujung penghubung lainnya.
6. Ditutup labu erlenmeyer yang sudah terisi air dengan sumbat karet tersebut
7. Dihubungkan selang silikon dengan pipa baja 8. Diatur ketinggian labu erlenmeyer ±3 cm dari
sumbu pembakar spiritus
9. Diletakkan penggaris logam di atas meja dan diatur agar jarum penunjuk khusus menunjuk pada nilai tertentu. Dicatat nilai sebagai posisi awal. Dicatat pula suhu batang yang terbaca pada termometer sebelum dipanaskan
10. Dinyalakan pembakar spirtus, kemudian diletakkan di bawah labu erlenmeyer
11. Diamati pergerakan jarum penunjuk khusus selama pemanasan, sampai air di dalam labu erlenmeyer mendidih
12. Dicatat suhu yang terbaca pada termometer saat jarum menunjukkan pada angka 25 cm.
Dimatikan api pada pembakar spirtus.
Metode analisis yang digunakan pada praktikum pertambahan panjang pada baja adalah sebagai berikut.
1. Menentukan ∆𝐿
∆𝐿 = Penunjuk panjang awal – Penunjuk panjang akhir
2. Menentukan ∆𝐿 sesungguhnya
∆𝐿 𝑠𝑒𝑠𝑢𝑛𝑔𝑔𝑢ℎ𝑛𝑦𝑎 = 1 350× ∆𝐿 3. Menentukan nilai dari pertambahan suhu ∆𝑇
∆𝑇 = 𝑇 − 𝑇𝑜
4. Menentukan koefisien muai panjang (α)
Jurnal ILMU DASAR, Vol.XX No. x, Juli 2017 : 1-2 3
𝛼 = ∆𝐿
∆𝑇 ∙ 𝐿𝑜 5. Menentukan nilai 𝑎̅
𝑎̅ =𝑎1 + 𝑎2 + 𝑎3 3 6. Menetukan nilai ∆𝑎
∆𝑎 = √∑(𝑎 − 𝑎̅)2 𝑛 − 1
HASIL DAN PEMBAHASAN/RESULTS AND DISCUSSION
Berikut didapatkan data pengamatan pipa baja.
Tabel 1. Data Pengamatan Lo
(cm) Suhu
awal (˚C)
Suhu akhir (˚C)
Penunjuk panjang
awal (cm)
Penunjuk panjang akhir (cm)
50 31 57 20 25
50 31 57 20 25
50 31 57,5 20 25
Selanjutnya dilakukan analisis data menggunakan metode analisis yang telah dijelaskan sebelumnya. Berikut analisis data yang didapat.
Tabel 2.1 Analisis Data I
∆L (cm)
∆L sesungguhnya
(cm)
∆T (˚C)
5 0,0143 26
5 0,0143 26
5 0,0143 26,5
Tabel 2.2 Analisis Data II α (/˚C) (𝛼 − 𝛼̅)2 ∆ α (/˚C) 11 x 10-6 10-14
1,22 x 10-7 11 x 10-6 10-14
10,8 x 10-6 10-14 𝛼̅ =10,9 x 10-6 ∑ = 3 x 10-14
Pada percobaan menentukan koefisien muai panjang dan pertambahan panjang baja dilakukan 3 kali perlakuan. Dimana di setiap perlakuan diberikan panjang awal (L0) pada
pipa baja yaitu 50 cm. Diperoleh suhu awal pada setiap perlakuan sebesar 31˚C. Lalu suhu akhir yang didapatkan pada perlakuan 1 dan 2 sebesar 57˚C, sedangkan pada perlakuan 3 sebesar 57,5˚C. Penunjuk panjang awal pada setiap perlakuan sebesar 20 cm. Penunjuk panjang akhir pada setiap perlakuan adalah 25 cm. Sehingga dapat ditentukan ∆𝐿 dengan cara penunjuk panjang awal dikurang penunjuk panjang akhir. Disetiap perlakuan ∆𝐿 yang didapatkan sebesar 5 cm. Selanjutnya dapat ditentukan ∆𝐿 sesungguhnya dengan cara ∆𝐿 dibagi 350 sehingga didapatkan ∆𝐿 sesungguhnya pada setiap perlakuan adalah 0,0143 cm. Setelah diketahui suhu awal dan suhu akhir dapat ditentukan ∆𝑇 dengan mengurangi suhu akhir dengan suhu awal.
Didapatkan ∆𝑇 pada perlakuan 1 dan 2 sebesar 26 ˚C sedangkan pada perlakuan 3 sebesar 26,5
˚C. Selanjutnya ditentukan koefisien muai panjang (α) dengan cara ∆𝐿 dibagi ∆𝑇 dikali L0
sehingga didapatkan koefisien muai panjang pada perlakuan 1 dan 2 adalah 11 x 10-6, sedangkan pada perlakuan 3 adalah 10,8 x 10-6/
˚C. Pada perlakuan 3 koefisien muai panjang yang didapatkan tidak sesuai dengan literatur karena terdapat beberapa kesalahan yang dilakukan pada saat percobaan. Diperoleh rata- rata koefisien muai panjang baja adalah 10,9 x 10-6/ ˚C. Selanjutnya diperoleh ralat koefisien muai panjang (∆α) yaitu 1,22 x 10-7. Lalu dapat diketahui bahwa pertambahan panjang pada baja sebesar 0,0143 cm dan koefisien muai panjang baja adalah 10,9 x 10-6.
Suatu benda akan mengalami perubahan panjang jika suhunya juga berubah. Untuk hal ini, terbukti dalam percobaan yang telah dilakukan bahwa baja mengalami perubahan panjang jika terjadi kenaikan suhu. Koefisien muai panjang baja yang didapatkan dari perhitungan adalah 10,9 x 10-6/oC. Sedangkan, pada literatur koefisien muai panjang baja adalah 11 x 10-6/oC. Faktor-faktor yang mempengaruhi besar kecilnya koefisien muai panjang yaitu: suhu atau temperatur, kemampuan masing-masing logam untuk memuai, dan tingkat kepekaan jenis benda dalam menghantarkan panas.
KESIMPULAN/CONCLUSION Kesimpulan yang didapatkan adalah pemuaian panjang baja dipengaruhi beberapa faktor, yaitu panjang awal baja, koefisien muai
4 Koefisien Muai Panjang Dan Pertambahan Panjang Baja Berdasarkan Variasi Suhu (Natasya)
panjang baja, dan besarnya perubahan suhu.
Semakin meningkat suhu maka semakin besar pertambahan panjang pada baja. Dengan begitu pertambahan panjang didapatkan setiap perubahan suhu ditentukan dengan cara mengurangi penunjuk panjang awal dengan penunjuk panjang akhir lalu hasil yang didapat dibagi 350. Koefisien muai panjang bahan tidak tergantung pada variasi suhu, tetapi tergantung pada jenis bahan.
UCAPAN
TERIMAKASIH/ACKNOWLEDGMENT Penulis mengucapkan puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan
anugerahnya sehingga proses penulisan artikel ini dapat berjalan dengan lancar. Penulis mengucapkan terima kasih kepada Kak Yulia
Ayu dan Kak Wahyu Sulisti selaku asisten praktikum kelompok IV yang sudah membantu
penulis dalam menyelesaikan artikel ini.
Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada teman-teman kelompok IV yang ikut berkontribusi dalam menganalisis data yang
didapatkan dari praktikum.
DAFTAR PUSTAKA
Ainiyah K. 2018. Bedah Fisika Dasar.
Yogyakarta: Deepublish.
Gideon S, et al. 2021. Fisika Dasar Mekanika.
Bandung: Media Sains Indonesia.
Isnawati H, et al. 2020. Penentuan Koefisien Pemuaian Panjang Logam Menggunakan Metode Difraksi Celah Tunggal. Jurnal Ilmiah Fisika, Pembelajaran dan Aplikasinya 11(1): 10-17.
Kristanto P. 2020. Fisika Dasar-Teori,Soal, dan Penyelesaian. Yogyakarta: ANDI.
Radiyono Y & Wulandari PS. 2015.
Penggunaan Metode Difraksi Celah Tunggal pada Penentuan Koefisien Pemuaian Panjang Alumunium (Al). Jurnal Pendidikan Fisika 6(1): 19-21.
