bab 3 2003

PRAKTIKUM FISIKA DASARPROGRAM STUDI TEKNIK PERTAMBANGANFAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS LAMBUNG MANGKURAT

BAB III

MUAI PANJANG ZAT PADAT

3.1. Tujuan Praktikum

Tujuan dari praktikum pada bab muai panjang zat padat ini adalah

sebagai berikut :

1. Menentukan koefisien muai panjang beberapa jenis logam.

2. Dapat mengukur seberapa besar pertambahan panjang beberapa logam

apabila dipanaskan.

3.2. Dasar Teori

Pada umumnya suatu zat akan memuai ketika dipanaskan dan menyusut

ketika didinginkan. Walaupun pemuaian ini biasanya cukup kecil untuk

bisa diamati, namun fenomena ini sangat penting karena gaya yang

dihasilkan sangat besar dan harus diperhitungkan untuk rancang bangun

tertentu seperti rel kereta api, jembatan baja, atau sambungan beton di

jalan raya. Pada saat sebuah benda dipanaskan, gerakan molekul-

molekulnya semakin cepat, yang menyebabkan pergeserannya semakin

besar.

Zat padat yang dipanaskan akan mengalami pemuaian panjang,

pemuaian luas, dan pemuaian volume. Pemuaian zat sebenarnya terjadi ke

segala arah. Akan tetapi dalam hal-hal tertentu kita dapat memperhatikan

pada arah panjangnya saja, misalnya pemuaian pada batang logam atau

mungkin pada luas permukaan tertentu saja, misalnya pemuaian pada

kepingan kaca jendela.

3.2.1. Pemuaian panjang

Jika suatu benda berbentuk batang yang panjangnya L0

dipanaskan sehingga suhunya berubah sebesar ΔT, maka benda

tersebut akan memuai. Pertambahan panjang ΔL adalah sebanding

Moh. SuhudiH1C114041


dengan panjang mula-mula L0, jenis benda (yang dinyatakan

dengan koefisien muai panjang α) dan perubahan suhu ΔT.

………….………..(Persamaan 3.1)

Oleh karena itu, panjang akhir setelah pemuaian dapat dirumuskan

sebagai

………………..…(Persamaan 3.2)

Dengan

L = Panjang akhir (m)

L0 = Panjang mula-mula (m)

α = koefisien muai panjang ( oC-1 atau K-1 )

ΔT = Perubahan suhu ( oC atau K )

Koefisien muai panjang untuk berbagai zat di tunjukan pada tabel

berikut

Tabel 3.1.Koefisien Pemuaian Berbagai Zat

Material Koefisien Muai Panjang ( oC )

Es ( pada 0oC) 51 x 10-6

Timah 29 x 10-6

Aluminium 23 x 10-6

Kuningan 19 x 10-6

Tembaga 17 x 10-6

Beton 12 x 10-6

Baja 11 x 10-6

Gelas biasa 9 x 10-6

Gelas pyrex 3,2 x 10-6

Intan 1,2 x 10-6

Invar 0,7 x 10-6

Sekring kuarsa 0,5 x 10-6


ΔL = L0 α ΔT

L = L0 + ΔL

L = L0 + L0 α ΔT

L = L0 ( 1 + α ΔT )


Tabel 3.2.Koefisien muai volume berbagai zat

Material Koefisien Muai Volume ( oC )

Alkohol, Ethyl 1,12 x 10-4

Aseton 1,5 x 10-4

Gliserin 4,85 x 10-4

Raksa 1,82 x 10-4

Terpentin 9 x 10-4

Bensin 9,6 x 10-4

Udara pada 0oC 3,67 x 10-3

Helium 3,665 x 10-3

3.2.2. Pemuaian luas

Jika suatu benda berbentuk bujur sangkar tipis dengan sisi L0

dipanaskan sehingga suhunya berubah sebesar ΔT, maka bujur

sangkar akan memuai pada kedua sisinya.

……………...…..…….(Persamaan 3.3)

Dengan memasukan ΔL = L0 α ΔT, A0 = L20 dan β = 2α,

maka luas akhir benda setelah pemuaian menjadi

……………...……(Persamaan 3.4)

Dengan

A = luas akhir ( m2 )

A0 = luas mula-mula ( m2 )

β = 2α, koefisen muai luas ( oC-1 atau K-1 )


Perubahan luas akibat pemuaian adalah

……………..…….(Persamaan 3.5)

3.2.3. Pemuaian volume

Jika satu benda berbentuk kubus dengan sisi L0 dipanaskan

sehingga suhunya berubah sebesar ΔT, maka kubus akan

memuai pada ketiga sisinya. Volume benda mula-mula adalah


A0 = L2

A = A0 ( 1 + β ΔT )

ΔA = A0 β ΔT

V0 = L03


……….………..(Persamaan 3.6)

Karena setiap sisi memuai sebesar ΔL, maka akan terbentuk

kubus baru dengan sisi (L0 + ΔL). Jadi volume akhir benda

adalah:

Dengan memasukan ΔL = L0 α ΔT, Vo = L03 dan γ = 3α,

maka volume akhir benda menjadi

…….……..(Persamaan 3.7)

Dengan

V = volume akhir (m3)

V0 = volume mula-mula (m3)

γ = 3α, koefisien muai volume oC-1 atau K-1


3.2.4. Kerugian dan keuntungan akibat pemuaian

Pemuaian zat padat ternyata membawa beberapa kerugian,

khususnya pada konstruksi seperti jembatan, jalan raya, dan rel

kereta api, di mana setiap hari secara terus-menerus mengalami

perubahan suhu akibat panas sinar matahari dan dinginnya udara

di malam hari. Untuk itu, para perancang konstruksi harus

memberikan ruang lebih yang memungkinkan bahan-bahan

konstruksi tersebut memuai. Ruang lebih inilah yang harus

benar-benar diperhitungkan, tidak boleh kurang dan tidak boleh

berlebihan.

Di samping merugikan, pemuaian juga bias dimanfaatkan,

misalnya untuk memasang roda logam (besi) pada sebuah

lokomotif. Untuk menghasilkan suatu ban baja yang bias

menempel kuat pada roda, diameter dalam ban baja dibuat

sedikit lebih kecil daripada diameter luar roda. Ban baja

kemudian dipanaskan sehingga memuai dan diameternya

menjadi lebih besar daripada diameter roda. Dengan demikian,

ban baja bias dipsang pada roda. Ketika ban baja ini mendingin,

ia mengerut (menyusut) sehingga pasangan ban baja ini sangat

kuat.


V = Vo ( 1+ γ ΔT )


Perhatikan pembuatan gabungan dua logam yang disebut

plat bimetalik. Ketika dua plat logam yang berbeda, misalnya

besi dan kuningan, digabungkandengan menempelkannya

dengan kuat, kemudian dipansakan, akan kita dapatkan bahwa

gabungan ini melengkung. Ini terjadi karena salah satu logam

memuai lebih bsar dibandingkan yang lain. Cukup banyak

peralatan di sekitar kita yang memanfaatkan plat bimetalik,

seperti termostat listrik, sakelar otomatis (digunakan pada alarm

kebakaran), dan termometer bimetal.

(Supriyanto, 2006)

3.3. Alat dan Bahan

Alat-alat yang digunakan dalam percobaan pada praktikum ini adalah

sebagai berikut :

3.3.1. Dasar statif

Digunakan ketika merangkai alat statif. Berfungsi sebagai dasar

penumpu batang statif. Dasar statif ini terletak di bagian bawah alat

statif.

Sumber: Dokumentasi Pribadi, 2014

Gambar 3.1.Dasar Statif

3.3.2. Batang statif panjang dan batang statif pendek



Digunakan untuk sebagai tiang- tiang penyangga pada alat

statif. Batang statif ini dipasang pada dasar statif. Batang statif

panjang diletakkan vertikal di lubang bagian tengah dasar statif.

Dan pada lubang di bagian samping, batang statif dipasang secara

horizontal, lalu kemudian pada ujungnya dipasang kaki statif. Dan

ada dua macam batang yang digunakan pada percobaan ini yaitu,

batang statif panjang dan batang statif pendek.

Sumber: Dokumentasi Pribadi, 2014

Gambar 3.2.Batang Statif Panjang dan Batang Statif Pendek

3.3.4. Klem universal

Klem Universal digunakan sebagai penjept labu erlen mayer

pada saat akan dipanaskan.

Sumber: Dokumentasi pribadi, 2014

Gambar 3.3.Klem universal

3.3.5. Klem bosshead



Klem bosshead digunaka untuk menyambungkan klem

universal pada batang statif.


Gambar 3.4.Klem bosshead

3.3.6. Penggaris

Penggaris digunakan untuk mengukur pertambahan panjang

yang terjadi pada pipa alumunium, pipa tembaga maupun pipa besi

baja.


Gambar 3.5.Penggaris

3.3.7. Petunjuk khusus



Petunjuk khusus digunakan sebagai alat yang menunjukkan

pertambahan panjang pipa aluminium, pipa tembaga maupun pipa

besi baja.


Gambar 3.6.Petunjuk khusus

3.3.8. Penyambung selang

Penyambung selang digunakan untuk menyambung selang

silikon pada penyumbat tabung erlenmayer.


Gambar 3.7.Penyambung selang

3.3.9. Labu Erlenmeyer



Labu erlenmayer digunakan sebagai tempat di didihkan air

menggunakan spritus yang digunakan untuk menguji pemuaian zat

padat.


Gambar 3.8.Labu Erlenmayer

3.3.10. Pembakar spiritus

Pembakar spritus digunakan sebagai pemanas labu erlenmayer

yang berisi air.


Gambar 3.9.Pembakar spritus

3.3.11. Selang plastik

3.3.12. Pipa tembaga



3.3.13. Pipa alumunium

3.3.14. Pipa Baja

3.3.15. Sumbat karet besar 1 lubang

3.3.16. Tatakan gelas

3.3.17. Air

No. Alat atau Bahan Jumlah

1 Dasar Statif 2

2 Batang statif panjang 1

3 Batang statif pendek 1

4 Klem universal 1

5 Klem bosshead 2

6 Penggaris logam 1

7 Petunjuk khusus 1

8 Penyambung selang 1

9 Labu erlenmeyer 1

10 Pembakar spritus 1

11 Selang silikon 1

12 Selang plastic 1

13 Pipa tembaga 1

14 Pipa aluminium 1

15 Sumbat karet besar 1 lubang 1

16 Tatakan gelas 1

17 Air Secukupnya

3.4. Prosedur Kerja

a. Jepitkan ujung pipa baja ke pegas jepit pada petunjuk khusus dan ujung

lain pada klem bosshead yang bawah pada batang statif vertikal.

Tancapkan ujung selang silikon pada penyambung batang selang dan

ujung yang lain keujung pipa baja. Tancapkan pula ujung selang plastik



keujung pipa baja yang bawah dan siapkan tatakan gelas (di ujung lain

dari selang) untuk menampung air.

b. Letakkan penggaris logam diatas meja, tepat dibawah jarum petunjuk

khusus.

c. Letakkan pembakar spritus tepat dibawah labu Erlenmeyer. Nyalakan

pembakar spritus dan atur posisi labu Erlenmeyer sehingga memperoleh

pemanasan yang optimal.

d. Setelah air mulai mendidih, amati gerak jarum penunjuk khusus.

e. Amati nilai (angka) yang ditunjukkan jarum penunjuk khusus pada

posisi terakhir dan catat hasil pengamatan kedalam tabel.

f. Matikan api pembakaran spritus, lepaskan pipa baja dari rangkaian dan

dinginkan pipa tersebut.

g. Ulangi langkah 1. Sampai dengan 6. Untuk pipa tembaga dan pipa

aluminium.

Kemasi alat dan bahan, selesaikan seluruh isian tabel, kemudian,

diskusikan seluruh isian tabel untuk menarik kesimpulan.

3.5. Hasil Pengamatan

3.6. Pengolahan Data

3.7. Pembahasan

3.8. Kesimpulan

3.9. Saran


bab 3 2003

Documents