BAB IPENDAHULUAN

A. Latar BelakangSetiap zat baik itu zat padat, cair, atau gas disusun oleh partikel-partikel kecil yang bergetar. Jika sebuah benda dipanasi, partikel-partikel di dalamnya bergetar lebih kuat sehingga menjauh, hal ini dikatakan memuai. Seiring dengan perkembangan zaman dan teknologi, banyak kalangan dunia industri yang menggunakan logam sebagai bahan utama operasional atau sebagai bahan baku produksinya. Baja karbon banyak di gunakan terutama untuk membuat alat-alat perkakas, alat-alat pertanian, komponen-komponen otomotif, kebutuhan rumah tangga. Aplikasi pemakaiannya, semua struktur logam akan terkena pengaruh gaya luar berupa tegangan-tegangan gesek sehingga menimbulkan deformasi atau perubahan bentuk.Usaha menjaga agar logam lebih tahan gesekan atau tekanan adalah dengan cara perlakuan panas pada baja, hal ini memegang peranan penting dalam upaya meningkatkan kekerasan baja sesuai kebutuhan. Proses ini meliputi pemanansan baja pada suhu tertentu dan di dinginakan pada media tertentu pula. Oleh karena itu dilakukanlah percobaan tentang Comuter Based Thermal Expansion Apparatus untuk dapat memberikan suatu pengetahuan lebih mengenai hal tersebut.

B. Rumusan MasalahBerdasarkan latar belakang di atas dapat dirumuskan masalah sebagai berikut :1. Berapa besar koefisien muai panjang pada tembaga, kuningan, dan alumunium ?2. Bagaimana pengaruh perubahan suhu terhadap perubahan panjang bahan?

C. Tujuan Eksperimen1. Mengetahui besar koefisien muai panjang pada tembaga, kuningan, dan alumunium2. Mengetahui pengaruh perubahan suhu terhadap perubahan panjang bahan.

D. Hipotesis1. Koefisien muai panjang tembaga adalah sebesar 17 x 10-6 / oC , kuningan sebesar 19 x 10-6 / oC dan pada alumunium adalah sebesar 23 x10-6 / oC2. Semakin tinggi suhu, semakin panjang pemuaian bahan

BAB IIDASAR TEORI

PemuaianPemuaian adalah bertambahnya ukuran suatu benda karena pengaruh perubahan suhu atau bertambahnya ukuran suatu benda karena menerima kalor. Pemuaian terjadi pada 3 zat yaitu pemuaian pada zat padat, pada zat cair, dan pada zat gas. Pemuaian pada zat padat ada 3 jenis yaitu pemuaian panjang (untuk satu dimensi) , pemuaian luas (untuk dua dimensi), pemuaian volume (untuk 3 dimensi. Sedangkan pemuaian pada zat cair dan zat gas hanya terjadi pemuaian volume saja. Khusus pada zat gas hanya terjadi pada biasanya diambil nilai koefisien muia volumenya sama dengan 1/273. Besarnya pertmabahan ukuran atau dimensi benda ditentukanoleh :1. Jenis benda2. Ukuran benda mula-mula3. Besar / jumlah kalor yang diberikan Salah satu manfaat pemuaian adalah muai raksa dalam tabung kapiler thermometer, sehingga dapat digunakan sebagai indikator panas dalam proses pengukuran temperature.Berbagai bahan mengalami pemuaian dan berekspansi dengan kelajuan yang berbeda. Dalam banyak hal pemuaian zat cair lebih besar dari pada pemuaian zat padat. Sedangkan gas memuai atau berekspansi atau muai lebih cepat dibandingkan zat cair. Kenaikan tinggi kolam raksa dalam tabung kapiler thermometer zat cair dalam gas disebabkan karena raksa berekspansi atau muai leih cepat dibandingkan muai gelas.Pada umumnya ukuran suatu benda akan berubah apabila suhunya berubah . Pada benda-benda yang berbentuk batang, perubahan ukuran panjang karena perubahan suhu adalah sangat nyata. Sedangkan perubahan ukuran luas dapat diabaikan karena kecilnya. Perubahan panjang akibat perubahan suhu dapat dirumuskan sebagai berikut :L = . L0 .TPersamaan tersebut dapat diubah menjadi L / L0 dimana adalah perubahan relative dari panjang dan T adalah perubahan suhu. Dengan demikian koefisien muai panjang didefinisikan sebagai perubahan relative dari panjang zat itu perderajat perubahan suhu. Beberapa zat padat seperti besi, alumunium dan tembaga ternyatamengalami pemuaian yang berebeda ketika dipanaskan. Batang alumunium dan batang besi yang panjangnya sama. Ketika dipanasakan dengan kenaikan suhu yang sama, alumunium akan memuai lebih dari dua akli pemuaian. Perhatikan gambar berikut :

ltLlo

Koefisien muai panjang () didefinisikan sebagai perbandingan antara pertambahan panjang zat (L) dengan panjangnya semula (lo) untuk setiap kenaikan suhu sebesar satu satuan suhu (T) atau perubahan fraksional panjang L/L dibagi perubahan suhu (T). Definisi ini dapat ditulis pada persamaan berikut :

Atau . . . . . . (1)Dengan = koefisien muai panjang L = perubahan panjang batangT = Perubahan suhuL0 = panjang awal

Persamaan di atas dapat ditulis

Jika = lt l0Makalt = l0 + lt = l0 + l0Apabila ada 2 kondisi yaitu :1. Pada suhu t1 , panjang batang adalah l1 2. Pada suhu t2 , panjang batang adala l2Dapat ditulis :l1 = l0 ( 1 + t1 )l2 = l0 ( 1 + t2 )Dari dua persamaan diperolehl2 = l1 ...................(3)Tabel koefisien muai panjang beberapa zatNoZat x 10-6 (K-1) atau (0C-1)

12345678910SengAlumuniumKuninganPerungguTembaga merahBeton / bajaBesiKacaGrafitPyrex2626201914121197,93,2

Muai Panas (Thermal Expansion)Muai panas adalah pemuaian yang lazim dialami oleh bahan yang dipanaskan sehingga timbul peningkatan getaran termal atom-atom. Pemuaian dapat mengakibatkan pertambahan panjang L.L/L yang sebanding dengan naiknya suhu T

L/L = LT..........................(4)

Ternyata pada umumnya L (koefisien linier) naik sedikit dengan naiknya suhu.

Pada muai volume, akibat pemuaian maka bahan selain mengalami perubahan panjang juga mengalami perubahan volume yang sebanding dengan kenaiakan suhu. Koefisien muai volume V mempunyai hubungan serupa dengan persamaan di atas dengan perubahan volume V/V dan kenaikan suhu T. Nilai V adalah 3 kali nilai L. Diskontinuitas koefisien muai disebabkan oleh perubahan dalam susunan atom bahan.

BAB IIIMETODE EKSPERIMEN

A. Rancangan Eksperimen

B. Alat dan Bahan1. Spring clip6. Stereo to dual banana2. Metal Rods7. Interface3. Foam insulator8. Rotary motion sensor4. Plastik tubing9. Steam generator5. Pinion10. Thermistor

C. Variabel Eksperimen Variabel Manipulasi: suhu awal (T)Definisi Operasional Variabel Manipulasi : Dengan memanipulasi suhu awal maka akan diperoleh perubahan suhu dan perubahan panjang

Variabel Kontrol: Waktu penamanasan (t)Definisi Operasional Variabel Kontrol : Mengontrol waktu yang digunakan untuk melakukan pemanasan

Variabel Respon: perubahan panjang (x) dan perubahan waktu (T)Definisi Operasional Variabel Respon :Dengan memanipulasi suhu awal makan akan diperoleh perubahan panjang

D. Langkah Eksperimen1. Mengukur panjang awal batang (lo) alumunium pada suhu kamar dengan menggunkan pita pengukur. Mengukur panjang awal alumunium dari pusat stainless steel cincin, ke pusast sensor rotary motion di ujung lain. Catat pada tabel 12. Membungkus batang alumunium dan thermistor dengan melilitkan busa dari bawah batang sampai bisa meiputi lingkaran batang dan penjepit pegas harus menonjol dari atas celah busa.3. Memotong dan menempatkan tabung plastic di antara kedua port di atas. Kemudian menutup steam generator. Memasang salah satu ujung off dengan tabung penjepit plastic. Menghubungkan pipa plastik pada port yang lain dari batang logam.4. Pada data studio, memuat pengaturan tentang eksperimen5. Mengisi steam generator setengah sampai penuh dengan air. Memasang steam generator ke stop kontak6. Menyalakan steam generator dan menunggu sampai panas. Ketika mendengar bunyi pertama (tetapi sebelum uap melalui tabung yang jelas). Klik tombol untuk mulai merekam suhu. Uap akan mulai mengalirmelaui batang. Ketika uap mengalir, melihat kenaikan suhu dalam grafik data studio. Ketika pembacaan suhu stabil, mencatat perubahan suhu (T) pada tabel 1 dan juga mencatat perubahan panjang pada (l) seperti yang ditunjukkan oleh perubahan posisi (x dalam mm)7. Pada data studio, menyimpan file aktivitas untuk batang alumuniu, mengulangi langkah di atas dengan jenis batang yang berbeda.

BAB IVDATA DAN ANALISIS

A. DataTabel 1BahanL (mm)L (mm)T (mm)

Tembaga4100,3365,8

0,2957,3

Kuningan4100,3565,9

0,2766,0

Alumunium4100,5964,5

0,5362,5

B. AnalisisKami telah melakukan eksperimen mengenai Computer Based Thermal Expansion dengan menggunakan bahan alumunium, tembaga dan kuningan. Dengan memanipulasi suhu awal dari alumunium, tembaga dan kuningan. Dalam eksperimen ini kita akan mencari besarnya koefisien muai panjang dari bahan-bahan tersebut. Untuk pemanasannya dilakukan sebanyak 2 kali yang nantinya akan dilakukan perbandingan. Dengan menggunakan persamaan L = . L0 .T dan panjang awal dari setiap bahan yaitu 410 mm, kita akan mendapatkan nilai koefisien muai panjang dari hasil percobaan dan grafik. Kemudian kita akan melakukan perbandingan. Pertama kita hitung dahulu koefisien muai panjang () dengan dan hasilnya sebagai berikut :Tabel IIPerc. keBahan (koefisien)x10-6/oC eksperimen x10-6/oC

1Tembaga1712

212

1Kuningan1913

210

1Alumunium2322

221

Dapat kita amati pada data di atas bahwa nilai koefisien muai panjang () antara teori dengan eksperimen berbeda. Perbedaan ini memiliki selisih yang tidak terlalu jauh. Pada tabel II ini kita dapat mengetahui hubungan antara perubahan suhu (T) dengan pertambahan panjang (L) yaitu semakin besar perubahan suhu maka semakin besar pula perubahan panjangnya. Dari data tabel kedua tersebut dapat kita buat sebuah grafik yang menyatakan hubungan antara perubahan suhu (T) dengan perubahan panjang (L) untuk masing-masing bahan.Kemudian yang kedua kita tinjau melalui grafik. Kita akan membuat grafik hubungan antara perubahan suhu (T) dengan perubahan panjang (L) untuk masing masing bahan. Sedangkan untuk dapat mengetahui koefisien muai panjang adalah dengan menggunakan persamaan y = mx + c. Perumusan ini setara dengan persamaan L = . L0 .T maka dapat diperoeh besarnya = m/Lo. Untuk lebih jelasnya dapat diamati grafik berikut :Tembaga 1

Dari grafik di atas dapat dilihat bahwa hubungan antara perubahan suhu (T) dengan perubahan panjang (L) adalah berbanding lurus karena bentuk grafik yang linier. Dari persamaan y = 0.0008x+0.2787 maka dengan persamaan = m/Lo dengan m = 0.0008, maka = 19 x x10-6 .

Tembaga 2 dapat dilihat pada grafik di bawah ini

Dari grafik di atas dapat dilihat bahwa hubungan antara perubahan suhu (T) dengan perubahan panjang (L) adalah berbanding lurus karena bentuk grafik yang linier. Dari persamaan y = 0.0073x + 0.1198 maka dengan persamaan = m/Lo dengan m = 0,0073 , maka = 17 x10-6 .

Kuningan 1 dapat dilihat pada tabel berikut :

Dari grafik di atas dapat dilihat bahwa hubungan antara perubahan suhu (T) dengan perubahan panjang (L) adalah berbanding lurus karena bentuk grafik yang linier. Dari persamaan y = 0.0011x + 0.2861 maka dengan persamaan = m/Lo dengan m = 0.0011, maka = 2,6 x10-6 .

Kuningan 2 dapat dilihat pada grafik di bawah ini

Dari grafik di atas dapat dilihat bahwa hubungan antara perubahan suhu (T) dengan perubahan panjang (L) adalah berbanding lurus karena bentuk grafik yang linier. Dari persamaan y = 0.0011x + 0.2824 maka dengan persamaan = m/Lo dengan m = 0.0011, maka = 2,6 x10-6 .

Alumunium 1 dapat dilihat pada grafik di bawah ini

Dari grafik di atas dapat dilihat bahwa hubungan antara perubahan suhu (T) dengan perubahan panjang (L) adalah berbanding lurus karena bentuk grafik yang linier. Dari persamaan y = 0.0054x + 0.4167 maka dengan persamaan = m/Lo dengan m = 0.0054, maka = 13 x10-6 .

Alumunium 2 dapat dilihat pada grafik di bawah ini

Dari grafik di atas dapat dilihat bahwa hubungan antara perubahan suhu (T) dengan perubahan panjang (L) adalah berbanding lurus karena bentuk grafik yang linier. Dari persamaan y = 0.0045x + 0.3676 maka dengan persamaan = m/Lo dengan m = 0.0045, maka = 11 x10-6 .

Apabila di bentuk tabel hasilnya dapat dilihat pada tabel di bawah iniPerc. keBahan (koefisien)x10-6/oC grafik x10-6/oC

1Tembaga1719

217

1Kuningan192,6

22,6

1Alumunium2313

211

Dari tabel di atas dapat diamati bahwa koefisien muai panjang secara teori dengan secara grafik hasilnya kurang sesuai. Hal ini dikarenakan pengambilan data yang dilakukan acak sehingga menyebabkan gradien pada persamaan tersebut kurang sesuai sehingga mengakibatkan perhitungan koefisien muai panjangnya kurang sesuai pula.

BAB VDISKUSI

Pada eksperimen Computer Based Thermal Expansion yang telah kami lakukan, dan diperoleh data seperti pada bab IV. Besarnya koefisien muai panjang jika dihitung secara eksperimen dan grafik hasilnya tidak sesuai dengan teori koefisien muai panjang yang ada. Pada eksperimen ini perubahan suhu mempengaruhi perubahan panjang dan hasilnya telah sesuai dengan teori. Semakin besar perubahan suhu maka semakin besar pula perubahan panjangnya. Ketidaksesuaian tersebut disebabkan karena sifat dari rotary motion sensor yang sangat sensitif juga menyebabkan kurang tepatnya dalam mengamati perubahan panjang yang terekam data studio, karena sedikit gerakan akan berpengaruh terhadap hasil yang diperoleh. Sehingga menyebabkan hasil yang diperoleh kurang sesuai dengan teori. Selain itu ketika praktikan melakukan pendinginan terhadap bahan yang digunakan kurang lama sehingga proses ekspansinya kurang sempurna.

BAB VIKESIMPULAN

Dari eksperimen yang telah dilakukan dapat ditarik beberapa kesimpulan yaitu sebagai berikut :1. Besarnya koefisien muai panjang bergantung pada jenis bahannya. Untuk tembaga sebesar 12 x 10-6/oC , untuk kuningan sebesar 11,5 x 10-6/oC , dan untuk alumunium sebesar 21,5 x 10-6/oC. Hasil tersebut kurang sesuai dengan teori tetapi selisihnya cukup kecil2. Perubahan suhu (T) berbanding lurus dengan perubahan panjang (x). Dimana semakin besar perubahan suhunya (T), semakin besar pula perubahan panjangnya (x).

DAFTAR PUSTAKA

http://lontar.ui.ac.id/file?file=digital/126805-R0308158-Analisis%20karakteristik-Literatur.pdf