LAPORAN PRATIKUM

MUAI LINEAR

OLEH:

KOMANG SUARDIKA (0913021034)

JURUSAN PENDIDIKAN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS PENDIDIKAN GANESHA

TAHUN 2010

1

PERCOBAAN MUAI LINIER

I. Tujuan Percobaan :

1. Mempelajari sifat-sifat muai termal dari batang logam

2. Menentukan besarnya koefisien muai linier dari berbagai logam

II. Landasan Teori

Pada umumnya zat padat, cair,dan gas jika mengalami perubahan suhu, keadaan fisis benda

tersebut akan berubah. seperti pada zat padat jika suhunya berubah maka panjangnya akan

berubah, sedangkan zat cair suhunya berubah adalah volumenya, pada gas suhunya berubah

maka volume atau tekanannya. Benda yang mengalami perubahan bentuk fisika berupa

pertambahan panjang, luas atau volume disebut mengalami pemuaian Pemuaian Zat Padat

Materi/zat pada umunya memuai jika dipanaskan dan mengkerut jika didinginkan. Zat padat

mengalami tiga jenis pemuaian jika suhunya naik, yaitu muai panjang, luas, dan volume.

Muai Panjang

Pada gambar 1 diatas terdapat batang logam tipis dengan panjang mula-mula LO pada

temperature T0 , kemudian logam tersebut dipanaskan sampai temperature T sehingga

panjangnya menjadi L, dimana L = LO + L. perubahan panjang ( L) berbanding lurus dengan

dengan L dan perubahan temperaturnya ( T). sehingga secara matematis ditulis :

2

LLO

L

gambar 1

……………………………………………………………..

(1)

dengan adalah koefesien muai linier dari material dengan satuan K-1

ΔL = L –Lo

ΔT = T – T0

L0 = Panjang Semula Benda (m)

L = panjang akhir benda (m)

T = suhu akhir benda (0C)

To = suhu awal benda (0C)

Pada bahan-bahan tidak isotropik, seperti misalnya sejenis kristal nilai bisa berbeda,

tergantung pada arah sumbu mana pemuaiannya diukur. Dalam percobaan ini akan diukur bahan

isotropik yang mana pemuainnya diukur dalam satu dimensinya. Demikian juga nya tidak

merupakan fungsi suhu. Berdasarkan difinisi koefesien muai panjang, panjang baru bahan dapat

dihitung dari persamaan :

…………………………………………………..(2)

Dengan L2 panjang bahan pada saat suhu T2, dan L1 panjang bahan pada suhu T1 dan nilai rata-

rata koefisien muai linier antara T1 dan T2. Untuk perhitungan yang lebih teliti maka harus

digunakan persamaan :

L = L0( 1 + at + bt2 + ct3 )..........................................................................(3)

Dimana a, b, dan c adalah konstanta untuk perubahan suhu-suhu yang kecil b dan c dan

adalah dalam hal ini :

(t) = ……………………………………………………………..(4)

Pada table 1 di bawah ini merupakan nilai koefisien muai panjang untuk zat padat yang pada

temperature 200 C

3

Tabel 1 : nilai koefisien muai panjang pada suhu 200 C

sumber : giancoli jilid 1 edisi ke 5

Tabel 2 : nilai koefisien muai panjang

Zat Padat Koefisien muai panjang, (0C)-1

Tembaga 17 x 10-6

Gelas 9 x 10-6

Perunggu 19 x 10-6

Perak 18 x 10-6

Emas 14 x 10-6

Sumber : Fisika dan kecakapan hidup untuk SMA

III. Alat dan Bahan

1. Dua macam pipa logam. ( tembaga dan aluminium)

2. Termometer. ( nst = 2,00C)

4

Zat Padat Koefisien muai panjang, (0C)-1

Aluminium 25 x 10-6

Kuningan 19 x 10-6

Besi/baja 12 x 10-6

Timah hitam 29 x 10-6

Kaca( pirek) 3 x 10-6

Kwarsa 0,4 x 10-6

Beton dan bata 12 x 10-6

marmer 1,4 – 3,5 x 10-6

Selang

Statif

Termometer Dial Gauge

selang

EmberGenerator

Pipa logam

3. Satu set alat ukur Dial Gauge. ( nst = 0,01 mm)

4. 1 buah ember.

5. Statif.

6. Mistar (nst = 0,50 cm )

7.Satu set generator uap

8.Air secukupnya.

9.Tissue secukupnya.

IV. Langkah – langkah Percobaan

Adapun langkah kerja dalam percobaan ini , sebagai berikut.

1. Mempersiapkan alat dan bahan yang akan digunakan dalam kegiatan pratikum.

2. Mengukur L, yaitu panjang dari pipa logam yang akan dicari koefisien muai liniernya

(tembaga dan aluminium). Mengukurnya dari pinggiran dalam kancing pada salah satu

ujung sampai pinggiran dalam kaitan pada ujung yang lain. ( perhatikan gambar di bawah

ini)

5

UAP

3. Meletakkan pipa logam tembaga yang akan dicari muai liniernya pada landasannya.

Salah satu ujungnya dijepit pada tempat yang tersedia dan kaitan pada ujung yang lain

menekan lengan spiral dari alat ukur Dial Gauge.

4. Meletakkan temometer di tengah-tengah pipa tembaga, seperti pada gambar diatas.

Kemudian mengukur suhu awal pipa tembaga ( suhu kamar).

5. Menghubungkan selang karet dari generator uap ke ujung pipa yang lebih jauh dari

pengukur Dial Gauge. Dan menaikkan sedikit ujung pipa ini dengan jalan menumpunya

sehingga uap yang mengembun dalam pipa mudah keluar dan menampung air embun

tersebut dengan ember.

6. Mengatur Dial Gauge agar jarumnya menunjukkan angka nol.

7. Mengisi generator uap dengan air secukupnya.

8. Menghidupkan generator uap. Mencatat petunjuk Dial Gauge dan suhu selama uap

mengalir. Yang ditunjukkan oleh Dial Gauge adalah .

9. Mencatat hasilnya pada jurnal yang telah dibuat.

10. Mengulang percobaan tersebut dengan menggunakan pipa logam aluminium.

V. Data hasil Percobaan

Bahan 1 : Tembaga

Bahan L (mm) ∆L (mm) Tkamar (0C) Tpanas (0C) ∆T (0C)

Tembaga 745,0 32,00 31,0 56,0

Tembaga 745,0 38,00 31,0 52,0

Tembaga 745,0 48,00 31,0 50,0

Tembaga 745,0 57,00 31,0 44,0

Tembaga 745,0 60,00 31,0 42,0

Tembaga 745,0 62,50 31,0 40,0

Tembaga 745,0 64,00 31,0 38,0

Tembaga 745,0 67,00 31,0 36,0

6

Bahan 2 : Aluminium

Bahan L (mm) ∆L (mm) Tkamar (0C) Tpanas (0C) ∆T (0C)

Aluminium 745,0 1,00 31,0 48,0

Aluminium 745,0 1,50 31,0 60,0

Aluminium 745,0 2,00 31,0 62,0

Aluminium 745,0 3,50 31,0 58,0

Aluminium 745,0 4,00 31,0 62,0

Aluminium 745,0 4,50 31,0 61,0

Aluminium 745,0 5,00 31,0 60,0

Aluminium 745,0 7,00 31,0 60,0

Aluminium 745,0 8,00 31,0 60,0

Aluminium 745,0 8,50 31,0 58,0

VI. Teknik Analisis Data

Teknik analisis data yang digunakan adalah metode regresi sederhana.

Sebagai dasar analisis adalah persamaan (1) yang dalam bentuk lainnya

adalah:

y = a + bx …………… .................................................................................(3)

Dengan konstanta a = 0. Hasil modifikasi dari persamaan (3) yaitu :

yi =b xi ……………………………………………………………………..(4)

dengan yi = L dan xi = T masing-masing menyatakan perubahan panjang dan kenaikan suhu

yang dialami oleh batang logam (bahan). Berdasarkan persamaan (1) dan (4) maka konstanta b

memenuhi persamaan :

7

b = Lo ………………………………………………………………….(5)

dengan adalah koefisien muai panjang batang dan Lo adalah panjang batang logam sebelum

dipanaskan. Konstanta b dalam persamaan (5) dapat dihitung dengan persamaan:

b = .......................................................... (6)

Dengan N adalah banyaknya variasi L sebagai fungsi T. Simpangan baku (b) ditentukan

dengan persamaan:

b = sy ................................................(7)

Dengan sy adalah penduga terbaik untuk nilai b terhadap garis lurus yi = b xi yang dapat dihitung

dengan persamaan berikut:

sy2 = .(8)

dari persamaan (5) yaitu b = L0, diperoleh b = L0 , maka :

= ……………………………………………………(9)

Untuk menghitung besarnya koefisien muai panjang logam digunakan persamaan (5)yang bentuk

lainya memenuhi:

= .......................................................................(10)

Dengan demikian, maka hasil perhitungan besarnya koefisien muai panjang logam dari hasil

percobaan dapat diusulkan sebagai berikut:

8

= ( ) ............................................................. (11)

Dengan adalah besarnya koefisien muai panjang logam yang digunakan, adalah nilai

rata-rata koefisien muai panjang logam yang dihitung dari persamaan (10) dan adalah

simpangan baku koefisien muai panjang logam yang diperoleh dari perhitungan menggunakan

persamaan (9). Kesalahan relatif hasil pengukuran adalah :

KR= x 100 % ..............................................................(12)

Keakuratan nilai koefisien muai panjang logam hasil pengukuran adalah :

Keakuratan = x 100% .......................(13)

VII. Hasil Analisis Data

Dari hasil praktikum dan analisis data, maka diperoleh besarnya koefisien muai linier dari

dua jenis logam yang digunakan dalam percobaan yaitu : Untuk logam tenbaga diperoleh

koefisien muai liniernya sebesar , dengan kesalahan

relatifnya sebesar 271,21% dan dengan keakuratan sebesar 2813,53 %. Sedangkan untuk logam

aluminium diperoleh koefisien muai linier sebesar , dengan

kesalahan relatifnya sebesar 75 % dan dengan keakuratan sebesar 1500 %.

VIII. Jawaban Pertanyaan

1. Berdasarkan dari analisis data yang telah diperoleh, jika kita bandingkan hasil koefisien

muai panjang dari percobaan dengan nilai koefisien muai panjang pada buku pegangan

( buku sumber) maka hasilnya sangat jauh menyimpang.

9

Kesalahan yang diperoleh pada percobaan ini yaitu untuk logam tembaga sebesar 271,21

% dan untuk logam aluminium sebesar 75 %. Kesalahan dari hasil percobaan ini dapat

dikatakan terlalu tinggi, karena berdasarkan buku petunjuk pratikum fislab II presentase

kesalahan pengukuran yang masih dapat diterima besarnya lebih kecil dari 10%.

Sedangkan kesalahan dalam percobaan yang dilakukan melebihi 10%.

Akan tetapi kesalahan ini tidaklah bersifat konsisten, karena kesalahan ini hanya

ditentukan harga . Dimana persentase kesalahan dapat dicari dengan :

. Jadi disini jika semakin kecil dan semakin besar, maka akan

diperoleh persentase kesalahan yang kecil. Sehingga dapat disimpulkan bahwa belum

tentu jika kesalahan relatifnya kecil maka hasil yang diperoleh akan baik.

2. Sumber – sumber kesalahan yang menyebabkan terjadinya penyimpangan pada hasil

percobaan dengan teori diantaranya:

a. Kesalahan dalam membaca skala pada Dial Gauge, sehingga menyebabkan

hasilnya jauh menyimpang. Cara mengatasi kesalahan ini adalah dengan

membaca skala dial gauge dengan benar dan tepat. Jika tidak mengetahui cara

membaca skalanya, ada baiknya ditanyakan kepada teman yang bisa atau kepada

dosen pembimbing.

b. Jarum Dial Gauge sangat cepat bergerak sehingga sangat sulit dalam pembacaan

skala dengan suhu yang tepat. Cara mengatasinya adalah dengan bekerja secara

kompak dengan kelompok, maksudnya antara yang membaca skala pada

termometer dengan yang membaca skala dial gauge harus bersamaan. Sehingga

hasil yang didapatkan akan lebih baik.

c. Termometer yang ada hanya satu sehingga menyulitkan kami dalam

mengembalikan suhu pada termometer agar sesuai dengan suhu kamar. Pada saat

percobaan untuk logam aluminium, kami menunggu lebih lama agar termometer

menunnjukkan suhu kamar karena sebelumnya termometer ini digunakan untuk

mengkur temperatur logam tembaga saat dipanaskan. Cara untuk mengatasinya

adalah kalau memungkinkan untuk bisa membeli satu termometer, sebaiknya

dibeli.,Karena ini juga demi mendapatkan hasil percobaan yang lebih baik.

10

3. Pada pemuian volume untuk pertambahan volumenya dihitung dengan

, dimana pada persamaan tersebut merupakan koefisien muai volume. Besarnya

koefisien muai volume adalah sama dengan tiga kali dari koefisien muai panjang. Secara

matematis ditulis : = 3 . Maka koefisien muai volume untuk loga yang diselidiki

adalah sebagai berikut.

a. Koefisien muai volume tembaga dari hasil percobaan:

γ = 3α

γ = 3 x

= 1485,9 x 10-6 oC-1

= 0,0015 oC-1

b. Koefisien muai volume Aluminium dari hasil percobaan:

γ = 3α

γ = 3 x

= 1200 x 10-6 oC-1

=0,0012 oC-1

IX. Pembahasan

Dari hasil analisis data dapat dibandingkan hasilnya dengan nilai yang tercantum pada buku

sumber. Dimana pada percobaan untuk batang logam tembaga diperoleh koefisien muai panjang

sebesar , sedangkan pada buku sumber koefisien muai

panjang untuk tembaga adalah 17 x 10-6 0C-1. Begitu juga untuk batang logam aluminium pada

percobaan diperoleh sebesar sebesar , sedangkan pada buku

sumber koefisien muai panjang untuk aluminium adalah 25 x 10-6 0C-1. Dengan membandingkan

hasil koefisien muai panjang yang didapatkan pada percobaan dengan koefisien muai panjang

pada buku sumber, sangat jelas bahwa hasil pada percobaan jauh menyimpang. Hal ini

disebabkan dalam melakukan percobaan terjadi kesalahan-kesalahan, kesalahan yang dimaksud

adalah kesalahan umum , kesalahan sistematis, dan kesalahan acak.

11

1. Kesalahan Umum

Kesalahan umum, yakni kesalahan yang terjadi karena kekeliruan pengamat. Kesalahan

umum yang terjadi saat percobaan adalah kesalahan saat pembacaan alat termometer dan

Dial Gauge sehingga berpengaruh terhadap hasil percobaan.

2. Kesalahan Sistematis

Kesalahan sistematis, yakni kesalahan yang terjadi karena alat ukur dan pengaruh

lingkungan. Kesalahan karena pengaruh lingkungan adalah suhu di dalam ruangan

pratikuk yang berubah.

3. Kesalahan Acak.

kesalahan yang kita tidak ketahui secara pasti penyebabnya, namun berpengaruh besar

terhadap data hasil percobaan.

kendala yang dihadapi pengamat dalam melakukan percobaan adalah antara lain:

1. Suhu dan kondisi lingkungan didalam laboratorium berubah-ubah yang mempengaruhi

instrument praktikum. Sehingga nilai yang diperlihatkan oleh instrumen tersebut berubah-

ubah dari percobaan yang dilakukan.

2. Jarum Dial Gauge lebih cepat bergerak dari pada pemuaian air raksa pada termometer

sehingga menyulitkan pengamat dalam membaca skala.

3. Sensitifnya Dial Gauge terhadap getaran, sehingga menyulitkan dalam kalibrasi alat

tersebut, karena sedikit saja meja bergetar maka jarum Dial Gauge akan bergerak.

4. Cepatnya putaran jarum pada Dial Gauge menyebakan kami harus sangat teliti dalam

mengamtinya.

X. KESIMPULAN

12

Berdasarkan hasil percobaan dan pembahasan yang telah dipaparkan diatas maka dapat

disimpulkan :

1. Sifat-sifat muai termal dari batang logam adalah bahwa semakin dipanaskan batang

logam akan semakin memuai, atau perubahan panjang ( L) berbanding lurus

dengan dengan L dan perubahan temperaturnya ( T).

2. Untuk logam tenbaga diperoleh koefisien muai liniernya sebesar

, dengan kesalahan relatifnya sebesar 271,21 %

dan dengan keakuratan sebesar 2813,53 %. Sedangkan untuk logam aliminium

diperoleh koefisien muai linier sebesar , dengan

kesalahan relatifnya sebesar 75 % dan dengan keakuratan sebesar 1500 %.

DAFTAR PUSTAKA

13

Giancoli, Douglas C. 2001. Fisika Edisi Kelima Jilid 1. Erlangga: Jakarta

Pujani, Ni Made. 2001. Materi Ajar Praktikum Fisika Dasar I. Departemen Pendidikan Nasional

Institut Keguruan dan Ilmu Pendidikan Negeri Singaraja: Singaraja

Umar, Efrizon.2007. Fisika dan Kecakapan Hidup. Jakarta : Ganeca Exact

14