ABSTRAK
Suatu benda apabila ditingkatkan suhunya maka pada umumnya akan terjadi
pemuaian yang sebanding dengan peningkatan suhu. Pemuaian tersebut merupakan peristiwa
merenggangnya partikel-partikel penyusun yang berada di dalam suatu benda yang
menyebabkan terjadinya perubahan bentuk fisis benda tersebut. Pemuaian ini berlaku untuk
setiap benda yang mendapatkan energi atau transfer energi dari luar. Adapun wujud-wujud
benda berdasarkan kerapatan molekul-molekul zatnya terbagi kedalam 3 (tiga) golongan,
yaitu zat padat, cair, dan gas. Seperti halnya zat padat, zat cair yang merupakan focus
praktikum ini juga mengalami pemuaian dan penyusutan. Walaupun sebagian besar zat cair
memuai ketika ditingkatkan suhunya, suatu keistimewaan justru terdapat pada air (H2O).
Dimana keistimewaan tersebut akan terlihat saat suhunya di dingingkan atau dipanaskan
melawati batas pada interval suhu 0°C-4°C. Pada saat didinginkan air menyusut hingga suhu
temperatur 4 oC, dan apabila suhu di turunkan lagi, air justru memuai, sampai suhunya
mencapai 0 oC. Ketika berada pada suhu 0 oC, air berubah bentuk menjadi es, yang
volumenya lebih besar. Jika es kita dinginkan lagi, ia akan menyusut seperti layaknya zat-zat
lain. Sifat air yang seperti ini disebut sebagai anomali air.
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Ada dua macam perubahan wujud yang dapat dialami oleh suatu zat, yaitu perubahan
kimia dan perubahan fisis. Yang melatarbelakangi percobaan ini adalah perubahan fisis suatu
zat. Perubahan fisis dapat terjadi apabila suatu zat mendapatkan pengaruh dari luar misalnya
energi kalor. Suatu zat jika diberi energi kalor (dipanaskan) akan mengalami pemuaian dan
jika zat itu melepaskan energi kalor (didinginkan) maka akan mengalami penyusutan.
Hal tersebut berlaku pula pada air, namun tidak berlaku ketika air berada pada suhu
00C - 4oC. Dimana pada suhu tersebut air mengalami penyusutan jika diberi kalor dan
mengalami pemuaian jika melepaskan kalor. Hal ini berbeda dengan zat lainnya, dan
peristiwa ini disebut sebagai gejala anomali air atau ketidakteraturan air.
1.2 Identifikasi Masalah
Dengan adanya sifat yang tidak biasa dari air ini, maka kita akan mengidentifikasi apa
perbedaan yang dimiliki oleh air dan bagaimana gejala pemuaian yang terjadi pada air,
dimana sifat ketidakteraturan yang dimiliki air ini dikarenakan air memiliki massa jenis
maksimum pada suhu 4°C dan akan memuai pada suhu di atasnya. Sehingga, terdapat suatu
keunikan dimana kenaikan suhu pada suhu tersebut akan mengakibatkan volume lebih kecil
daripada volume pada suhu 0°C. Sifat ini sering kali disebut sifat anomali air serta gejala-
gejala pemuaian air. Karena sifat air inilah maka dalam percobaan ini kita akan menghitung
seberapa besar koefisien muai panjang yang dimiliki oleh air.
1.3 Tujuan Percobaan
Adapun tujuan melakukan percobaan ini adalah mengetahui cara pengukuran volume zat cair
dan memahami sifat anomali air.
1.4 Metode Percobaan
Pada percobaan mengenai pemuaian zat cair ini, kita akan mengukur temperature dan
ketinggian air. Pertama kita nyalakan semua alat yang akan digunakan dan menentukan
ketinggian awal air pada 33 cm, kemudian kita mencatat suhu awal pada saat percobaan.
Setelah itu kita masukan es ke dalam kotak dan mencatat ketinggian air setiap penurunan
suhu 0,2 sampai suhu menunjukkan 0°C.
Setelah penurunan suhu air tersebut maka kita keluarkan es dalAm kotak sehingga suhu
akan meningkat, ketika penaikan suhu ini, setiap kenaikan 0,2 kita catat kembali tinggi air
sampai suhu menunjukkan 23°C.
Dari data diatas kita dapat mengetahui gejala pemuian air.
1.5 Sistematika Penulisan
BAB I Pendahuluan
Berisi tentang Latar Belakang permasalahan, Identifikasi Masalah, tujuan melakukan
percobaan, metode apa yang digunakan dalam percobaan, sistematika penulisan, serta
tempat dan waktu melaksanakan percobaan.
BAB II Tinjauan Pustaka
Berisi tentang teori-teori yang berhubungan dengan praktikum dan dapat menunjang
kaidah-kaidah pelaksanaan praktikum.
BAB III Metodologi Percobaan
Berisi tentang alat-alat yang dipergunakan pada saat praktikum serta prosedur atau
langkah langkah melakukan praktikum.
BAB IV Data dan Pembahasan
Berisi tentang data pengamatan praktikum, perhitungan dan pengolahan data, analisis
data, grafik dan analisis grafik.
BAB V Kesimpulan
Berisi tentang kesimpulan praktikum yang mengacu pada tujuan percobaan.
1.6 Waktu dan Tempat Percobaan
Praktikum percobaan FM.K-2 PEMUAIAN ZAT CAIR DAN ANOMALI AIR
dilaksanakan pada hari Senin, 2 dan 9 Mei 2005 pukul 13.00-16.00 WIB dan bertempat di
Laboratorium Fisika Menengah Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Padjadjaran Jatinangor.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
Zat terdiri dari atom-atom dan atom-atom terus menerus bergerak secara acak. Zat ini
dibedakan atas tiga fase, yaitu padat, cair, dan gas. Berdasarkan sifat makroskopik (skala besar),
benda padat mempertahankan bentuk dan ukuran yang tetap; bahkan jika sebuah gaya yang besar
diberikan pada sebuah benda padat, benda tersebut tidak langsung berubah bentuk atau
volumenya. Benda cair tidak mempertahankan bentuk yang tetap melainkan mmengambil bentuk
tempat yang ditempatinya―tetapi seperti benda padat, benda cair tidak dapat langsung ditekan,
dan perubahan volume yang cukup signifikan terjadi jika diberikan gaya yang besar. Gas tidak
memiliki bentuk maupun volmenya tetap―gas akan menyebar untuk memenuhi tempatnya.
Susunan atomik pada (a) zat padat kristal, (b) zat cair, dan (c) gas
Sedangkan dari sudut pandang atomik atau mikroskopik, atom dan molekul saling
memberikan gaya tarik. Gaya tarik diantara molekul merupakan sifat elektris. Jika molekul
terlalu dekat satu sama lain, gaya diantara mereka menjadi tolak-menolak (penolakan elektris
antara elektron-elektron sebelah luar). Dengan demikian molekul mempertahankan jarak
minimum antara mereka. Pada benda padat, gaya tarik tersebut cukup kuat sehingga atom atau
molekul berada pada posisi yang kurang lebih tetap, seringkali pada matriks yang dikenal dengan
kisi kristal, seperti pada gambar diatas (a), atom dan molekul zat padat bergerak, mereka bergetar
sekitar posisi mereka yang hampir tetap. Pada zat cair, atom atau molekul bergerak dengan lebih
cepat, atau gaya anatara mereka lebih lemah, sehingga mereka cukup bebas untuk saling
berguling satu sama lain, seperti pada gambar (b). Dalam gas, gaya sedemikian lemahnya, atau
laju sedemikian cepatnya, sehingga molekul bahkan tidak bersatu. Mereka bergerak dengan
cepat kesana kemari, seperti pada gambar (c), memenuhi tempatnya dan sesekali saling
bertumbukan.
Dengan mengetahui partikel penyusun zat diatas, kita dapat mengetahui apabila suatu
benda dipanaskan maka molekul-molekul penyusunnya akan bergetar semakin cepat. Getaran
antar molekul tersebut menyebabkan antar molekul saling dorong dan jarak antar molekul
semakin lebar sehingga memerlukan ruang yang lebih besar. Dalam hal ini benda dikatakan
memuai. Sebaliknya jika suatu didinginkan maka getaran molekulnya lebih lambat. Akibatnya,
gaya tarik antar molekulnya lebih besar sehingga jarak antar molekulnya menjadi kecil. Dalam
keadaan seperti itu benda cenderung menjadi menyusut.
A. Pemuaian Zat Padat dan Zat Cair
Sebagian besar zat memuai ketika dipanaskan dan menyusut ketika didinginkan.
Bagaimanapun besarnya pemuaian dan penyusutan bervariasi, bergantung pada materi itu
sendiri. Pemuaian ini terdapat beberapa macam, tergantung benda tersebut mempunyai berapa
dimensi. Macam-macam pemuaian ini adalah sebagai berikut :
Pemuaian Panjang
Sebuah percobaan menunjukkan bahwa perubahan panjang ΔL pada semua zat padat,
dengan pendekatan yang sangat baik, berbanding lurus dengan perubahan temperatur ΔT.
Sebagaimana diharapkan, perubahan panjang juga sebanding dengan panjang awal Lo.
Perbedaan panjang ini disebabkan oleh perbedaan koefisien muai panjang yang didefinisikan
sebagai berikut.
Koefisien muai panjang (α) suatu bahan adalah perbandingan antara pertambahan
panjang (ΔL) terhadap panjang awal benda (Lo) per satuan kenaikan suhu (ΔT). Secara
matematis dinyatakan sebagai berikut :
, dimana
Maka,
Dapat juga ditulis sebagai :
α juga disebut sebagai koefisien muai linier dengan satuan (°C)-1.
Pada gambar diatas, terdapat suatu batang tipis dengan panjang Lo pada temperatur
To. Lalu batang tersebut dipanaskan hingga temperatur mencapai T dan panjang batang
tersebut pun akan memuai menjadi L, sehingga terdapat pertambahan panjang ΔL, dimana L
= Lo + ΔL.
Pemuaian Luas
Bila benda padat berbentuk persegi dipanaskan, terjadi pemuaian dalam arah
memanjang dan arah melebar. Dengan kata lain, benda padat mengalami pemuaian luas.
Koefisien muai luas () suatu bahan adalah perbandingan antara pertambahan luas benda
(ΔA) terhadap luas awal benda (Ao) per satuan kenaikan suhu (ΔT). Secara matematis,
dinyatakan sebagai :
, dimana
Maka,
Dapat juga ditulis sebagai :
Hubungan koefisien muai luas dengan koefisien muai panjang
Jika sekeping logam persegi pada gambar dibawah, yang mempunyai luas awal dan
suhu awal dipanaskan sampai suhu T maka logam tersebut akan memuai sehingga luasnya
menjadi A.
Luas keping persegi, dimana A = s × s
Dimana berdasarkan muai panjang :
Maka,
Tetapi karena α sangat kecil maka « (sangat kecil sekali), sehingga diabaikan,
maka koefisien muai luas menjadi :
atau
Dan hubungan antara koefisien muai luas dengan koefisien muai panjang adalah :
Pemuaian Volume
Bila benda padat berbentuk kubus dipanaskan, akan terjadi pemuaian dalam arah
memanjang, melebar, dan meninggi. Dengan kata lain benda mengalami pemuaian volume.
Pemuaian volume berbagai zat bergantung pada koefisien muai volume.
Koefisien muai volum (γ) suatu bahan adalah perbandingan pertambahan volum
terhadap volum awal benda ( ) per satuan kenaikan suhu ( ). Secara matematis, γ
dinyatakan sebagai :
, dimana
Maka,
Dapat juga ditulis sebagai :
Hubungan koefisien muai volum dengan koefisien muai panjang
Jika benda berbentuk kubus seperti pada gambar dibawah, yang mempunyai volume awal
dan suhu awal dipanaskan sampai suhu T maka logam tersebut akan memuai sehingga
luasnya menjadi V.
Pemuaian Volume pada Kubus
Volum kubus, dimana V = r × r × r
Sehingga, pada gambar :
dimana berdasarkan muai panjang ,
Maka,
Tetapi karena α sangat kecil maka « (sangat kecil sekali) dan « (sangat kecil sekali),
sehingga 3 dan diabaikan, maka koefisien muai volum menjadi :
atau
Dan hubungan antara koefisien muai volum dengan koefisien muai panjang adalah :
Pemuaian Volume pada Zat Cair
Pemuaian pada zat cair hanya dapat diamati perubahan volumenya saja. Persamaan
untuk menghitung pemuaian volum zat cair persis sama dengan persamaan untuk
menghitung pemuaian volum zat padat, yaitu :
Hal yang perlu ditekankan adalah pemuaian volum zat cair lebih besar daripada
pemuaian volum zat padat untuk kenaikan suhu yang sama. Karena itulah suatu wadah berisi
zat cair hampir penuh dipanaskan, maka pada suhu tertentu zat cair dalam wadah akan
tumpah.
Sebagian besar zat kurang lebih memuai secara beraturan terhadap penambahan
temperatur (sepanjang tidak ada perubahan fase yang terjadi). Akan tetapi air tidak mengikuti
pola biasa tersebut. Jika air pada 0°C dipanaskan, volumenya menyusut sampai mencapai 4°C.
Di atas 4°C air berperilaku normal dan memuai volumenya terhadap penambahan temperature
(Gb.5).
Massa jenis air dan Volume 1 gr dalam daerah suhu 0o C – 10 o C
Sifat pemuaian air yang tidak teratur ini disebut anomaly air. Akibat anomaly air maka
air memiliki volum paling kecil pada suhu 4°C atau massa jenis paling besar pada suhu 4°C.
Air mempunyai massa jenis maksimum pada suhu 4°C , sedangkan pada umumnya zat cair lain
mempunyai massa jenis maksimum pada titik bekunya. Massa jenis air adalah 1000gr/cm3 ,Pada
semua temperatur lain kerapatannya adalah lebih kecil. Di atas 4°C, air memuai sewaktu
temperatur naik, tetapi tidak secara linear, akan tetapi sewaktu temperatur diturunkan dari 4°C ke
0°C maka air akan memuai tidak menyusut. Pemuaian seperti itu dengan temperatur semakin
berkurang tidaklah diamati dalam setiap cairan yang lazim: pemuaian tersebut diamati dalam zat-
zat yang meyerupai karet dan di dalam benda padat, yang berbentuk kristal, pada temperatur-
temperatur yang terhingga.
Keanehan yang dialami air ini, disebabkan sebagai berikut : kristal zat padat pada umumnya
tersusun sedemikian rupa sehingga wujud padatnya memiliki volume yang lebih kecil daripada
wujud cairnya. Es mempunyai struktur terbuka. Kristal ini, dibentuk oleh molekul-molekul air
yang membentuk suatu sudut tertentu, dan pada sudut tertentu, dan pada sudut tersebut,
molekul-molekul air dalam struktur terbuka ini menempati volum yang lebih besar daripada
molekul-molekul air dalam wujud cair. Sebagai hasilnya es mempunyai massa jenis yang lebih
kecil daripada air .
Molekul–molekul air dalam bentuk kristal mempunyai susunan struktur terbuka sisi–enam.
Sebagai hasilnya, air memuai ketika membeku dan massa jenis es lebih kecil daripada air.
Perubahan massa jenis yang terjadi jika sebuah balok es pada suhu -10° C dipanaskan, suhunya
menjadi 100°C ditunjukkan pada gambar 1. Pada grafik ini tampak bahwa massa jenis mencapai
maksimum pada suhu 4°C. Grafik melengkung karena ada 2 jenis perubahan volume ketika es
dipanaskan dari suhu -10°C. Pertama pengurangan volume, karena runtuhnya/ lepasnya kristal
struktur terbuka. Pada saat yang sama laju gerak partikel- partikel bertambah besar sehingga
terjadi pemuaian.
Grafik di atas melengkung disebabkan karena adanya dua jenis perubahan volum ketika
es dipanaskan dari -10°C. Pertama adalah berkurangnya volum karena runtuhnya (lepasnya)
kristal struktur terbuka. Pada suhu kira-kira 10°C semua kristal es runtuh. Grafik dibawah
menunjukkan berkurangnya volum Karena runtuhnya kristal es.
Pada grafik diatas, runtuhnya kristal es (kiri) ditambah meningkatnya gerak partikel-
partikel karena kenaikan suhu (tengah) menghasilkan massa jenis air terbesar pada 4oC. Pada
saat yang sama, laju gerak partikel-partikel bertambah besar, sehingga terjadi pemuaian
(gambar b). Jika grafik penyusutan digabung dengan grafik pemuaian, maka didapat grafik
seperti gambar c.
Anomali air merupakan suatu fenomena yang penting di alam. Ketika suhu turun,
permukaan air pada sebuah danau misalnya menjadi lebih dingin. Akibatnya, air permukaan ini
tenggelam karena massa jenisnya lebih besar. Secara perlahan-lahan, air yang turun ini akan
mencapai suhu 4 0C. Ketika permukaan iar didinginkan kembali, ia tetap berada di permukaan air
karena massa jenisnya lebih kecil dari pada air yang di bawahnya. Akibatnya, air dipermukaan
ini membeku, dan terbentuklah lapisan es di permukaan danau, sementara air dibawahnya tetap
cair. Inilah sebabnya tanaman dan hewan air tetap dapat hidup dalam kondisi seperti itu. Jika air
berperilaku seperti zat-zat lain, maka yang pertama kali membeku adalah dasar danau dan ini
menutup kemungkinan bagi hewan air untuk hidup.
BAB III
METODOLOGI PERCOBAAN
3.1 Alat dan Bahan Percobaan
Alat-alat Percobaan
1. Perangkat demonstrasi untuk anomali air
Sebagai tempat yang akan digunakan praktikan dalam percobaan anomali air
2. Magnetik stirrer
Sebagai pengaduk agar suhu yang terdapat dalam labu merata.
3. Kotak plastik 20,5 x 16,5 x 8 cm
Sebagai media untuk menghindari pengaruh dari luar yang dapat mempengaruhi
ketelitian percobaan dan juga sebagai media untuk menaruh es agar suhu menjadi turun
pada saat melakukan percobaan penurunan suhu.
4. Digital temperature meter
Sebagai alat untuk mengukur temperatur secara digital
5. Temperature Probe
Untuk mengukur suhu didalam labu.
Bahan
1. Air
Sebagai zat yang akan digunakan sebagai media pembuktian gejala anomali air
2. Es
Digunakan untuk menurunkan suhu air
3.2 Prosedur Percobaan
Persiapan
1. Menyusun peralatan seperti pada gambar berikut :
2. Mengisi tabung dengan air melalui corong hingga air mencapai skala 33 cm.
Penurunan Suhu
1. Mencatat suhu dan ketinggian air dalam tabung.
2. Mengisi kotak plastik dengan es.
3. Menyalakan magnetik stirrer, menempatkan posisi selektor pada skala 5.
4. Mencatat ketinggian air setiap penurunan suhu 0,2 °C.
5. Melakukan percobaan 3 hingga suhu mencapai 0 °C.
Penaikan Suhu
1. Setelah suhu air dalam tabung mencapai 0oC mengangkat es yang ada di dalam kotak
plastik, menempatkan pada tempat yang tersedia.
2. Mencatat ketinggian air pada tabung, untuk setiap kenaikan 0,2 °C.
3. Melakukan percobaan 2 hingga suhu air 23 °C.
BAB IV
DATA DAN ANALISIS
4.1 Tabel Data
Penurunan Suhu
T (' C) h (cm) T (' C) h (cm)T ('
C)h (cm)
16.8 35 11.2 26.5 5.6 8.2
16.6 34.7 11 26.3 5.4 8
16.4 34 10.8 26 5.2 7.7
16.2 33.6 10.6 26 5 7.5
16 33 10.4 25.7 4.8 7.3
15.8 32.8 10.2 25.3 4.6 7.1
15.6 32.5 10 25.1 4.4 6.9
15.4 32.3 9.8 24.8 4.2 6.7
15.2 32 9.6 24.6 4 6.5
15 31.8 9.4 24.3 3.8 6.4
14.8 31.5 9.2 24.1 3.6 6.3
14.6 31.2 9 23.7 3.4 6.1
14.4 31 8.8 23 3.2 6
14.2 30.8 8.6 22.8 3 6.1
14 30.5 8.4 21.8 2.8 6.2
13.8 30.3 8.2 21.2 2.6 6.3
13.6 30.1 8 20.6 2.4 6.4
13.4 29.8 7.8 20.4 2.2 6.5
13.2 29.6 7.6 20.2 2 6.8
13 29.3 7.4 20 1.8 7
12.8 29 7.2 19.8
12.6 28.8 7 19.6
12.4 28.6 6.8 19
12.2 28.3 6.6 14.8
12 28 6.4 11.1
11.8 27.4 6.2 9.9
11.6 27.1 6 9
11.4 26.8 5.8 8.6
Penaikan Suhu
T ('C) h (cm) T ('C) h (cm)
1.8 7 7.8 6.9
2 6.9 8 7
2.2 6.6 8.2 7.1
2.4 6.5 8.4 7.2
2.6 6.5 8.6 7.3
2.8 6.4 8.8 7.3
3 6.4 9 7.4
3.2 6.3 9.2 7.6
3.4 6.3 9.4 7.7
3.6 6.3 9.6 7.8
3.8 6.3 9.8 7.9
4 6.3 10 8
4.2 6.3 10.2 8.2
4.4 6.3 10.4 8.3
4.6 6.3 10.6 8.4
4.8 6.3 10.8 8.5
5 6.4 11 8.7
5.2 6.4 11.2 8.8
5.4 6.4 11.4 9
5.6 6.4 11.6 9.1
5.8 6.4 11.8 9.3
6 6.4 12 9.4
6.2 6.5 12.2 9.6
6.4 6.5 12.4 9.8
6.6 6.5 12.6 10
6.8 6.6 12.8 10.1
7 6.6 13 10.3
7.2 6.7 13.2 10.5
7.4 6.8 13.4 10.7
7.6 6.8 13.6 10.9
4.2. Pengolahan Data
Karena pada percobaan perubahan volume yang terjadi sangat kecil, maka yang
diamati adalah perubahan ketinggian kolom airnya.
Oleh karena itu, koefisien muai volume (ketinggian) air dapat kita hitung dengan
menggunakan persamaan :
g
g= koefisian muai volume (ketinggian) air
V = volume(ketinngian) mula-mula
V=perubahan volume (ketinggian) air
T=perubahan temperature
Penurunan Temperatur
Contoh perhitungan :
Pada To = 16.8‘C , T = 16.6’C , h = 35 cm , h1 = 34.7 cm
Maka T = 0.2’ C dan h = 0.3 cm
Sehingga
g
g = 0.3 cm = 0.042857 /°C
35 x 0.2 ºC
Tabel Hasil Perhitungan
Penurunan suhu
T ('
C)
h
(cm)
delta T
('C)
delta
h(cm)g
16.8 35 0.2 0 0
16.6 34.7 0.2 0.3 0.04286
16.4 34 0.2 1 0.14286
16.2 33.6 0.2 1.4 0.2
16 33 0.2 2 0.28571
15.8 32.8 0.2 2.2 0.31429
15.6 32.5 0.2 2.5 0.35714
15.4 32.3 0.2 2.7 0.38571
15.2 32 0.2 3 0.42857
15 31.8 0.2 3.2 0.45714
14.8 31.5 0.2 3.5 0.5
14.6 31.2 0.2 3.8 0.54286
14.4 31 0.2 4 0.57143
14.2 30.8 0.2 4.2 0.6
14 30.5 0.2 4.5 0.64286
13.8 30.3 0.2 4.7 0.67143
13.6 30.1 0.2 4.9 0.7
13.4 29.8 0.2 5.2 0.74286
13.2 29.6 0.2 5.4 0.77143
13 29.3 0.2 5.7 0.81429
12.8 29 0.2 6 0.85714
12.6 28.8 0.2 6.2 0.88571
12.4 28.6 0.2 6.4 0.91429
12.2 28.3 0.2 6.7 0.95714
12 28 0.2 7 1
11.8 27.4 0.2 7.6 1.08571
11.6 27.1 0.2 7.9 1.12857
11.4 26.8 0.2 8.2 1.17143
11.2 26.5 0.2 8.5 1.21429
11 26.3 0.2 8.7 1.24286
10.8 26 0.2 9 1.28571
10.6 26 0.2 9 1.28571
10.4 25.7 0.2 9.3 1.32857
10.2 25.3 0.2 9.7 1.38571
10 25.1 0.2 9.9 1.41429
9.8 24.8 0.2 10.2 1.45714
9.6 24.6 0.2 10.4 1.48571
9.4 24.3 0.2 10.7 1.52857
9.2 24.1 0.2 10.9 1.55714
9 23.7 0.2 11.3 1.61429
8.8 23 0.2 12 1.71429
8.6 22.8 0.2 12.2 1.74286
8.4 21.8 0.2 13.2 1.88571
8.2 21.2 0.2 13.8 1.97143
8 20.6 0.2 14.4 2.05714
7.8 20.4 0.2 14.6 2.08571
7.6 20.2 0.2 14.8 2.11429
7.4 20 0.2 15 2.14286
7.2 19.8 0.2 15.2 2.17143
7 19.6 0.2 15.4 2.2
6.8 19 0.2 16 2.28571
6.6 14.8 0.2 20.2 2.88571
6.4 11.1 0.2 23.9 3.41429
6.2 9.9 0.2 25.1 3.58571
6 9 0.2 26 3.71429
5.8 8.6 0.2 26.4 3.77143
5.6 8.2 0.2 26.8 3.82857
5.4 8 0.2 27 3.85714
5.2 7.7 0.2 27.3 3.9
5 7.5 0.2 27.5 3.92857
4.8 7.3 0.2 27.7 3.95714
4.6 7.1 0.2 27.9 3.98571
4.4 6.9 0.2 28.1 4.01429
4.2 6.7 0.2 28.3 4.04286
4 6.5 0.2 28.5 4.07143
3.8 6.4 0.2 28.6 4.08571
3.6 6.3 0.2 28.7 4.1
3.4 6.1 0.2 28.9 4.12857
3.2 6 0.2 29 4.14286
3 6.1 0.2 28.9 4.12857
2.8 6.2 0.2 28.8 4.11429
2.6 6.3 0.2 28.7 4.1
2.4 6.4 0.2 28.6 4.08571
2.2 6.5 0.2 28.5 4.07143
2 6.8 0.2 28.2 4.02857
1.8 7 0.2 28 4
Penaikkan Temperatur
Contoh perhitungan :
Pada To = 1.8‘C , T = 2.0’C , h = 7 cm , h1 = 6.9 cm
Maka T = 0.2’C dan h = 0.1 cm
Sehingga
g
g = 0.1 cm = 0.071429 /°C
7 x 0.2 ºC
Tabel Hasil Perhitungan
Penaikan Suhu
T ('C)h
(cm)delta T ('C)
delta
h(cm)g
1.8 7 0.2 0 0
2 6.9 0.2 0.1 0.0714286
2.2 6.6 0.2 0.4 0.2857143
2.4 6.5 0.2 0.5 0.3571429
2.6 6.5 0.2 0.5 0.3571429
2.8 6.4 0.2 0.6 0.4285714
3 6.4 0.2 0.6 0.4285714
3.2 6.3 0.2 0.7 0.5
3.4 6.3 0.2 0.7 0.5
3.6 6.3 0.2 0.7 0.5
3.8 6.3 0.2 0.7 0.5
4 6.3 0.2 0.7 0.5
4.2 6.3 0.2 0.7 0.5
4.4 6.3 0.2 0.7 0.5
4.6 6.3 0.2 0.7 0.5
4.8 6.3 0.2 0.7 0.5
5 6.4 0.2 0.6 0.4285714
5.2 6.4 0.2 0.6 0.4285714
5.4 6.4 0.2 0.6 0.4285714
5.6 6.4 0.2 0.6 0.4285714
5.8 6.4 0.2 0.6 0.4285714
6 6.4 0.2 0.6 0.4285714
6.2 6.5 0.2 0.5 0.3571429
6.4 6.5 0.2 0.5 0.3571429
6.6 6.5 0.2 0.5 0.3571429
6.8 6.6 0.2 0.4 0.2857143
7 6.6 0.2 0.4 0.2857143
7.2 6.7 0.2 0.3 0.2142857
7.4 6.8 0.2 0.2 0.1428571
7.6 6.8 0.2 0.2 0.1428571
7.8 6.9 0.2 0.1 0.0714286
8 7 0.2 0 0
8.2 7.1 0.2 -0.1 -0.071429
8.4 7.2 0.2 -0.2 -0.142857
8.6 7.3 0.2 -0.3 -0.214286
8.8 7.3 0.2 -0.3 -0.214286
9 7.4 0.2 -0.4 -0.285714
9.2 7.6 0.2 -0.6 -0.428571
9.4 7.7 0.2 -0.7 -0.5
9.6 7.8 0.2 -0.8 -0.571429
9.8 7.9 0.2 -0.9 -0.642857
10 8 0.2 -1 -0.714286
10.2 8.2 0.2 -1.2 -0.857143
10.4 8.3 0.2 -1.3 -0.928571
10.6 8.4 0.2 -1.4 -1
10.8 8.5 0.2 -1.5 -1.071429
11 8.7 0.2 -1.7 -1.214286
11.2 8.8 0.2 -1.8 -1.285714
11.4 9 0.2 -2 -1.428571
11.6 9.1 0.2 -2.1 -1.5
11.8 9.3 0.2 -2.3 -1.642857
12 9.4 0.2 -2.4 -1.714286
12.2 9.6 0.2 -2.6 -1.857143
12.4 9.8 0.2 -2.8 -2
12.6 10 0.2 -3 -2.142857
12.8 10.1 0.2 -3.1 -2.214286
13 10.3 0.2 -3.3 -2.357143
13.2 10.5 0.2 -3.5 -2.5
13.4 10.7 0.2 -3.7 -2.642857
13.6 10.9 0.2 -3.9 -2.785714
4.3. Grafik
a. Untuk Penurunan Temperatur
b. Untuk Penaikan Temperatur
4.4. Analisis Data
Penurunan Suhu
Ketika es dimasukkan ke dalam kotak pendingin, maka suhu air dalam tabung menurun.
Peristiwa penurun suhu tersebut menyebabkan ketinggian kolom air pun menurun. Saat suhu
mencapai sampai 17 ºC dan ketinggian air 35cm, pengambilan data pun dimulai. Kemudian
ketinggian kolom air dicatat satiap penurunan suhu sebesar 0.2°C. Semakin turun suhunya maka
ketinggian kolom air pun menjadi turun. Sesuai dengan sifat suatu zat yang akan memuai jika
suhunya dipanaskan dan akan menyusut jika suhunya diturunkan. Pada kisaran suhu mencapai
7.7ºC, penurunan suhunya cukup lama, namun tinggi kolom air tetap menurun. Dan pada saat
suhu mencapai kisaran 6.5 ºC dan 6.7ºC temperatur air tidak selalu turun, melainkan turun naik,
hal ini terjadi karena tempeatur air yang sukar menurun lagi diakibatkan karena es yang
dimasukkan sangat sedikit, akhirya es ditambahkan kembali agar penurunan suhu pada air
semakin cepat dan untuk membuktikan sifat anomali air. Ketika kisaran suhunya mencapai
kisaran 4ºC, ketinggian air mulai konstan, hal ini disebabkan air mulai memasuki fase
anomalinya. Dan pada saat suhu mencapai kisaran 3ºC – 1.8ºC air memasuki fase anomalinya,
hal ini ditandai dengan terjadinya peningkatan ketinggian kolom air yang disebut dengan
pemuaian. Ketika mencapai suhu 1.8ºC air sukar untuk menjadi lebih dingin lagi.
Penaikkan Temperatur
Penurunan temperatur air berhenti di kisaran suhu 1.8 ºC, kemudian dilanjutkan dengan
proses penaikan suhu yang dimulai dengan memisahkan tabung peraga berisi air dari kotak
pendingin sehingga mencapai temperatur 1.8ºC dengan ketinggian kolom air sebesar 7 cm.
Ketinggian kolom air menurun sampai mencapai temperatur 5ºC. Hal ini terjadi karena air
berada dalam fase anomalinya sehingga volume air menyusut.. Lalu pada kisaran suhu 3.2ºC
sampai dengan 8ºC, ketinggian kolom air hampir konstan, dengan kata lain hanya mengalami
kenaikan yang sangat kecil. Pada saat temperatur lebih dari 8ºC, kenaikan tinggi kolom air terus
menerus naik segnifikan terhadap kenaikan temperatur. Dengan kata lain air sudah memasuki
fase normalnya.
4.5 Analisis Perhitungan
Perubahan temperatur, ketinggian kolom air awal,dan perubahan ketinggian kolom air
mempengaruhi harga koefisien muai volume (ketinggian) air sehingga didapatkan nilai koefisien
muai volume (ketinggian ) yang berbeda-beda setiap perubahan temperaturnya.
Sesuai dengan persamaan g maka didapatkan harga koefisien muai
yang bertambah besar signifikan terhadap penurunan suhu yaitu ketika saat temperature berada
dalam rentang 16.8ºC sampai 3.2º C. Tetapi ketika mencapai temperature 3.0ºC, koefisien muai
mengalami penurunan sampai pada suhu 1.8ºC. Hal ini terjadi karena pada rentang suhu 3.0ºC-
1.8ºC air mengalami fase anomalinya.
Proses penaikan temperatur dimulai dari suhu 1.8ºC. Kenaikan suhu menyebabkan
koefisien muai terus meningkat sampai pada suhu 3.0 ºC. Pada saat 3.2 ºC ketinggian air
konstan sampai pada saat temperatur berada pada kisaran 4.8ºC. Sehingga kofisien muai
menurun dengan konstan sampai suhu 7ºC. Setelah itu, koefisien muainya turun signifikan
terhadap kenaikan suhu.
4.6 Analisis Grafik
Pada dasarnya grafik penurunan suhu mengalami penurunan yang signifikan terhadap
suhu. Grafik didapatkan berdasarkan pengaruh temperature dan ketinggian kolom air yang
diplotkan.
Dari kurva dapat dilihat bahwa pada saat penurunan temperatur, maka pada suhu dari 17-
7.7 0C ketinggian kolom air berkurang sebanding dengan penurunan temperatur,hal ini karena
pada fase ini laju gerak partikel- partikel bertambah besar sehingga terjadi penyusutan.
Kemudian pada kisaran suhu 40 C ketinggian kolom airnya konstan hal ini dikarenakan pada fase
ini air akan memasuki fase anomali air. Kemudian pada suhu 3.2-1.60C ketinggian kolom air
akan naik kembali, karena pada suhu tersebut terjadi gejala anomali air dimana air mengalami
pemuaian pada saat penurunan suhu.
Kemudian pada saat penaikan suhu maka terjadi hal sebaliknya. Pengukuran dimulai dari
suhu 1.80C. Pada suhu dari 1.8-4.4 0C ketinggian kolom air berkurang. Hal ini karena pada fase
ini runtuhnya/ lepasnya kristal struktur terbuka. Selanjutnya ketinggian kolom air kolom air
konstan sampai 6.60C. Hal ini dikarenakan pada fase ini air baru saja melewati fase anomali air.
Setelah itu ketinggian kolom air akan naik kembali, karena pada suhu tersebut laju gerak
partikel- partikel bertambah besar sehingga terjadi pemuaian.
BAB V
KESIMPULAN
1. Karena pada percobaan perubahan volume yang terjadi sangat kecil, maka yang diamati
adalah perubahan ketinggian kolom airnya.
2. Pada percobaan yang telah dilakukan maka didapatkan nilai koefisien muai volume
(ketinggian) air yang berbeda-beda pada masing-masing temperature. Hal ini dikarenakan
koefisien muai volume(ketinggian) bergantung pada perubahan suhu, volume(ketinggian)
awal,dan perubahan volume(ketinggian). Sesuai persamaan :
g
3. Peristiwa anomali air terbukti terjadi ketika suhu berada pada rentang 0ºC - 4º C. Air akan
mengalami penyusutan jika didinginkan dan akan mengalami pemuaian jika dipanaskan.
Tetapi ada pengecualian yaitu pada suhu 0ºC - 4º C. Karena volume suatu massa air pada 4º C
lebih kecil daripada sembarang suhu lainnya, rapat massa pada 4º C itu adalah maksimum.
4. Koefisien muai air antara 0ºC - 4º C adalah negative.
DAFTAR PUSTAKA
[ ] Resnick, H. 1985. Fisika Jilid 1 edisi ketiga. Jakarta: Erlangga
[ ] Sears dan Zeamansky. 1982. Fisika untuk Universitas . Bandung : Rinacipta
LAPORAN AKHIR FISIKA EKPERIMEN 1 A
MODUL 3
PEMUAIAN ZAT CAIR DAN ANOMALI AIR
Nama : TENNY OCTAVIANI
NPM : 140310080040
Nama Partner : Nadya Larasati Kartika
NPM Partner : 140310080068
Hari / Tanggal : Rabu / 11 November 2009
Waktu : 08.00 - 10.00 WIB
Assisten : Reza Akbar
LABORATORIUM FISIKA MENENGAHJURUSAN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAMUNIVERSITAS PADJADJARAN
2009
LEMBAR PENGESAHAN
MODUL 3
PEMUAIAN ZAT CAIR DAN ANOMALI AIR
Nama : TENNY OCTAVIANI
NPM : 140310080040
Nama Partner : Nadya Larasati Kartika
NPM Partner : 140310080068
Hari / Tanggal : Rabu / 11 November 2009
Waktu : 08.00 - 10.00 WIB
Assisten : Reza Akbar
Jatinangor, 11 November 2009
AsistenNILAI