ACARA III

PEMUAIAN PANJANG

A. Pendahuluan

1. Latar Belakang

Indonesia merupakan negara kepulauan yang terletak 6º LU – 11º LS

dan 95º BT - 141º BT, antara Samudera Hindia dan Samudera Pasifik,

antara Benua Asia dan Benua Australia. Letak geografis Indonesia ini

menyebabkan Indonesia beriklim tropis. Iklim ini membuat Indonesia

memiliki dua musim, yaitu musim penghujan dan musim kemarau.

Saat musim kemarau, udara di Indonesia menjadi panas. Suhu rata-

ratanya menjadi 26° C hingga 28°C. Suhu yang sedemikian tinggi dapat

menyebabkan berbagai pemuaian terjadi. Pemuaian yang paling mudah

diamati adalah pada bahan logam.

Pemuaian adalah perubahan pada benda, seperti perubahan panjang,

luas permukaan dan volume akibat bertambahnya jarak rata-rata antar

atom karena perubahan temperatur. Pemuaian ini dipengaruhi oleh

perubahan suhu, panjang awal logam, dan koefisien muai panjang logam

tersebut.

Koefisien muai panjang suatu benda sangat berpengaruh dalam

pemuaian. Koefisien muai panjang adalah perubahan panjang suatu zat

untuk setiap pertambahan suhu. Koefisien muai panjang ini berbeda-beda

untuk setiap logamnya. Bergantung pada jenis logam itu sendiri.

Oleh karena adanya pemuaian ini, ilmu mengenai hal tersebut

banyak dimanfaatkaan dalam kehidupan sehari-hari. Misalnya dalam

pembuatan konstruksi jembatan, dalam pemasangan rel kereta api, dan

masih banyak lagi pemanfaatan lain mengenai pemuaian di lingkungan

sekitar kita.

2. Tujuan Praktikum

Tujuan dari praktikum acara III Pemuaian Panjang ini adalah :

a. Menjelaskan pengaruh perubahan temperatur terhadap bahan terutama

logam

b. Mengukur besarnya koefisien pemuaian panjang material

3. Waktu dan Tempat Praktikum

Praktikum Acara III Pemuaian Panjang dilaksanakan pada hari Rabu,

18 September 2013 pada pukul 15.00-18.00 WIB bertempat di

Laboratorium UPT Pusat MIPA, Universitas Sebelas Maret Surakarta.

B. Tinjauan Pustaka

Pemuaian adalah bertambahnya ukuran suatu benda karena pengaruh

perubahan suhu atau bertambahnya ukuran suatu benda karena menerima

kalor. Pemuaian tiap-tiap benda akan berbeda bergantung pada koefisien

muai benda tersebut dan perubahan suhu atau temperatur.

Temperatur atau suhu dapat diukur pada skala Celcius, dimana titik

beku air adalah 0°C, dan titik didih (dengan keadaan standard) adalah 100°C.

Skala Kelvin (absolut/mutlak) digeser 273,15 derajat dari ukuran Celcius pada

skala Celcius, sehingga titik beku air adalah 273,15 K dan titik didihnya

adalah 373,15 K. (Bueche, 1999)

Perubahan temperatur logam mengakibatkan terjadinya perubahan

panjang logam. (Samian, 2010) Bila temperatur dinaikkan maka jarak rata-

rata di antara atom-atom akan bertambah, yang mengakibatkan suatu ekspansi

dari bahan padat tersebut. Perubahan setiap dimensi linier dari benda padat

tersebut, seperti panjangnya, lebarnya, atas tebalnya, dinamakan ekspansi

linier. (Halliday dan Resnick, 1996)

Bila suatu zat dipanasi, maka volumenya biasanya bertambah, dan

sesuai dengan itu maka setiap dimensi dari zat tersebut juga akan bertambah.

Pertambahan ukuran ini dapat dipahami dengan menyatakannya di dalam

energi kinetik yang bertambah besar dari atom-atom atau molekul-molekul

zat itu. Energi kinetik tambahan itu akan mengakibatkan setiap molekul lebih

sering bertumbukan dengan tetangganya. Molekul-molekul itu secara efektif

saling mendorong sehingga terpisah lebih jauh satu sama lain, dan bahan itu

akan berekspansi. (Kane, 1938)

Ekspansi termal linier diukur dalam dua keadaan, yakni selama

pemanasan dan selama pendinginan. Perbedaan suhu inilah yang

membedakan kurva antara keadaan pemanasan dan keadaan pendinginan

serta menentukan penurunan dan pemuaian maksimum terhadap suhu. (Han,

2003)

Perubahan panjang ΔL pada suatu logam dengan panjang awal L yang

mengalami perubahan temperatur ΔT dapat diketahui dari ΔL = α L ΔT

dimana α adalah koefisien pemuaian linier suatu benda (logam). Benda yang

berbeda bahan namum memiliki panjang awal yang sama, akan mengalami

pemuaian dengan panjang yang berbeda. Bergantung pada jenis benda itu

sendiri (Cutnell dan Johnson, 1976)

Satuan α adalah kebalikan derajat Celcius (1/°C) atau kebalikan kelvin

(1/K). Koefisien muai linier untuk padatan atau cairan biasanya tidak banyak

berubah dengan tekanan, tetapi dapat berubah dengan temperatur.

Pertambahan ukuran tiap bagian suatu benda untuk suatu perubahan

temperatur tertentu sebanding dengan ukuran mula-mula bagian benda itu.

(Tipler, 1998)

Koefisien ekspansi termal harus sama dengan atomistik ekspansi

termal. Ketergantungan suhu dari parameter kisi kesetimbangan, yang

diasumsikan linier, memberikan koefisien ekspansi termal. (Venturini, 2012)

C. Alat, Bahan dan Cara Kerja

1. Alat

a. Satu set peralatan muai panjang model Pasco TD-8558

b. Termometer

c. Ketel air dan kompor listrik

d. Mistar dan jangka sorong

2. Bahan

a. Air

b. Logam Alumunium dan logam Tembaga

3. Cara Kerja

a. Memasang semua peralatan seperti tampak pada gambar. Memastikan

logam uji terjepit dengan kuat.

b. Mengukur panjang logam mula-mula L0.

c. Meletakkan skala pertambahan panjang pada klem penyiku logam,

memastikan skala pertambahan panjang dapat berputar dengan bebas

dan menentukan titik nol pengukuran.

d. Mengisi ketel dengan air dan menghidupkan pemanas. Menunggu

sampai terjadi uap air panas. Mengatur agar uap air ini dapat mengalir

dengan baik di dalam logam.

e. Secara berkala, misalkan setiap 2 menit, mencatat temperatur batang

logam dan membaca pertambahan panjang ∆L. Mengisikan data

pengamatan pada Tabel 1. Mematikan pemanas jika temperatur batang

logam sudah maksimum tidak mau bertambah.

f. Secara berkala melakukan pengukuran perubahan panjang pada setiap

penurunan temperatur. Mengisikan data pengamatan pada Tabel 2.

g. Membuat grafik hubungan antara pertambahan panjang ΔL sebagai

fungsi dari perubahan temperatur ΔT.

h. Mengukur kemiringan grafik dan menghitung koefisien muai panjang

α.

DAFTAR PUSTAKA

Bueche, Frederick J. 1999. Teori dan Soal-Soal Fisika (terjemahan Darmawan).

Jakarta: Erlangga

Cutnell, John D dan Kenneth W Johnson. 1976. Physics. John Wiley & Sons, Inc.

Halliday, David dan Robert Resnick. 1996. Fisika (terjemahan Pantur Silaban dan

Erwin Sucipto). Jakarta: Erlangga

Han, M. 2003. Thermal Expansion Studies on The Unusual First Order Transition

of Gd5Si2.09Ge1.91: Effects of Purity of Gd. Journal of Applied Physics Vol

93, No. 10, Parts 2&3 15 Mei 2003

Kane, Joseph W. 1938. Physics. John Wiley & Sons, Inc.

Samian, dan Gatut Yudoyono. 2010. Aplikasi Multimode Fiber Coupler sebagai

Sensor Temperatur. Jurnal Fisika dan Aplikasinya Volume 6, Nomor 1

Januari 2010.

Tipler, Paul A. 1998. Fisika Untuk Sains dan Teknik (terjemahan Lea Prasetio dan

Rahmad W.Adi). Jakarta: Erlangga

Venturini, J. 2012. Thermal Expansion Behavior of Al and Ta using Finite-

Temperature Extension of The Quasicontinuum Method. Journal for

Multiscale Computational Engineering 10 (1): 1-11 (2012)