Pengertian Pemuaian Dalam Fisika, Macam, dan Contohnya

Diposting pada

Pengertian Pemuaian

Pemuaian meupakan kecenderungan materi untuk berubah volume sebagai respons terhadap perubahan arti suhu. Atom dan molekul dalam padatan, misalnya, terus-menerus berosilasi di sekitar titik setimbangnya. Jenis eksitasi ini disebut gerakan termal. Ketika suatu zat dipanaskan, partikel-partikel penyusunnya mulai bergerak lebih banyak, sehingga mempertahankan pemisahan rata-rata yang lebih besar dengan partikel-partikel tetangganya. Terdapat 3 jenis pemuaian yaitu pemuaian panjang, luas, dan volume.

Koefisien pemuaian panjang dan luas biasanya digunakan dalam menggambarkan pemuaian suatu padatan, sementara koefisien pemuaian volume lebih berguna untuk cairan atau gas. Contoh penerapan prinsip pemuaian zat misalnya dalam penyambungan rel kereta api harus menyediakan celah antara satu batang rel dengan batang rel lain.

Pemuaian dalam Fisika

Pemuaian dalam fisika merupakan peningkatan volume yang dihasilkan dari peningkatan suhu. Ketika suatu benda dipanaskan, maka laju getaran dan jarak antara molekul penyusunnya meningkat dan, karenanya, ruang yang ditempatinya (volumenya) meningkat. Peningkatan volume ini tidak konstan untuk semua zat untuk setiap kenaikan suhu tertentu, tetapi merupakan sifat khusus dari setiap jenis materi.

Sebagai contoh, seng dan timbal mengalami pemuaian yang lebih besar dalam kenaikan suhu satu derajat daripada perak atau kuningan. Karena padatan memiliki bentuk tertentu, setiap dimensi linier padatan meningkat dengan jumlah yang proporsional untuk kenaikan suhu tertentu.

Sebagian besar cairan juga mengembang saat dipanaskan. Namun, karena cairan tidak memiliki bentuk yang pasti, itu adalah perluasan volume mereka secara keseluruhan yang relevan daripada peningkatan dimensi linier atau panjang.

Jika kristal padat isometrik (memiliki konfigurasi struktural yang sama di seluruh), pemuaian akan seragam di semua dimensi kristal. Jika bukan isometrik, mungkin ada koefisien muai yang berbeda untuk arah kristalografi yang berbeda, dan kristal akan berubah bentuk seiring perubahan suhu.

Dalam benda padat atau cair, ada keseimbangan dinamis antara gaya kohesif yang mengikat atom atau molekul dan kondisi yang diciptakan oleh suhu; suhu yang lebih tinggi menyiratkan jarak antar atom yang lebih besar. Bahan yang berbeda memiliki kekuatan ikatan yang berbeda dan karenanya koefisien muai yang berbeda.

Gas juga menunjukkan pemuaian. Hukum Charles tentang pemuaian gas menyatakan bahwa volume gas berbanding lurus dengan suhu absolutnya. Cairan berbeda satu sama lain seperti halnya padatan dalam koefisien muai mereka. Air, tidak seperti kebanyakan zat, berkontraksi daripada mengembang karena suhunya meningkat dari 0 ° C hingga 4 ° C; di atas 4 ° C itu menunjukkan perilaku normal, berkembang dengan meningkatnya suhu.

Pengertian Pemuaian

Pemuaian ialah bertambahnya ukuran benda karena adanya kenaikan suhu pada zat tersebut. Besarnya pemuaian zat tergantung pada ukuran benda pertamanya, kenaikan suhu dan juga jenis zat. Efek pemuaian zat sangat bermanfaat didalam suatu pengembangan berbagai teknologi.

Pengertian Pemuaian Menurut Para Ahli

Adapun definisi pemuaian menurut para ahli, antara lain:

De Chiara (1978)

Pemuaian dapat didefinisikan sebagai bertambahnya ukuran benda yang terjadi karena kenaikan suhu zat.Ketika sebuah bahan mengalami pemanasan, volumenya selalu meningkat dan setiap dimensi meningkat bersamaan

Macam Pemuaian Dalam Fisika

Terdapat tiga jenis pemuaian yaitu pemuaian panjang, luas, dan volume. Zat padat mengalami ketiga jenis pemuaian tersebut, sedangkan zat cair dan gas hanya mengalami pemuaian volume saja. Berikut ini penjelasannya:

  1. Pemuaian Panjang

Pemuaian panjang ialah bertambah panjangnya ukuran suatu benda karena menerima kalor (panas). Nilai lebar dan tebal pada pemuaian panjang sangat kecil jika dibandingkan dengan nilai panjang benda yang mengalami pemuaian tersebut, sehingga lebar dan tebalnya dianggap tidak ada. Contoh benda yang hanya mengalami pemuaian panjang misalnya kawat kecil yang panjang sekali.

Terjadinya pemuaian panjang dipengaruhi oleh beberapa faktor diantaranya yaitu panjang awal benda, koefisien muai panjang dan besar perubahan suhu. Koefisien muai panjang suatu benda itu sendiri dipengaruhi oleh jenis benda atau jenis bahan.

Secara matematis, persamaan untuk menentukan pertambahan panjang benda setelah dipanaskan pada suhu tertentu yaitu:

Δl = l0.α. Δt

Keterangan:

  • Δl = pertambahan panjang (m)
  • l0  = panjang awal (m)
  • α. = koefisien muai panjang (/C0)

Sedangkan jika kita ingin mengetahui panjang akhir setelah terjadinya pemanasan, maka persamaan yang bisa kita gunakan untuk menghitung yaitu:

l = Δl + l0

l = l0 (1 + α. Δt)

Keterangan:

  • l     = panjang akhir (m)
  • Δl  = pertambahan panjang (m)
  • l0   = panjang awal (m)
  • α.  = koefisien muai panjang (/C0)
  1. Pemuaian luas

Pemuaian luas ialah pertambahan luas suatu benda karena menerima kalor (panas). Pemuaian luas terjadi pada benda yang memiliki ukuran panjang dan lebar, sedangkan tebalnya sangat kecil, sehingga dianggap tidak ada. Contoh benda yang mengalami pemuaian luas misalnya lempeng besi yang lebar sekali dan tipis.

Pemuaian luas dipengaruhi oleh luas awal, koefisien muai luas, dan perubahan suhu. Pada dasarnya, pemuaian luas merupakan pemuian panjang yang ditinjau dari dua dimensi, maka koefisien muai luas besarnya 2 kali koefisien muai panjang.

Secara matematis, persamaan untuk menentukan pertambahan luas benda setelah dipanaskan pada suhu tertentu yaitu:

ΔA = A0.β. Δt

A   = ΔA + A0

A    = A0 (1 + β. Δt)

Keterangan:

  • A   = luas akhir (m2)
  • ΔA = pertambahan luas (m2)
  • A= luas awal (m2)
  • β    = koefisien muai luas (/C0)
  1. Pemuaian Volume

Pemuaian volume ialah pertambahan volume suatu benda karena menerima kalor. Pemuaian volume terjadi pada benda yang memiliki ukuran panjang, lebar dan tebal. Contoh benda yang mengalami pemuaian volume misalnya kubus, air dan udara.

Volume adalah bentuk lain dari panjang dalam 3 dimensi sebab itu untuk menentukan koefisien muai volume sama dengan 3 kali koefisien muai panjang. Khusus untuk gas koefisien muai volumenya sama dengan 1/273

Secara matematis, persamaan untuk menentukan pertambahan luas benda setelah dipanaskan pada suhu tertentu yaitu:

ΔV = V0. γ. Δt

V   = ΔV + A0

V    = V0 (1 + β. Δt)

Keterangan:

  • V   = luas akhir (m2)
  • ΔV = pertambahan luas (m2)
  • V= luas awal (m2)
  • γ    = koefisien muai luas (/C0)

Contoh Pemuaian Dalam Fisika

Contoh-contoh terjadinya pemuaian dalam kehidupan sehari-hari, antara lain:

  1. Termometer

Termometer merupakan contoh alat yang menerapkan terjadinya pemuaian pada zat cair. Di dalam termometer terdapat zat cair, yaitu berupa air raksa atau alkohol yang tersimpan dalam pipa kapiler.

Saat suhu mengalami kenaikan, air raksa yang terdapat di dalam pipa kapiler akan memuai, sehingga air raksa tersebut akan naik untuk menunjukkan berapa suhu saat itu. Begitu pula sebaliknya, saat suhu turun, air raksa akan mengalami penyusutan.

  1. Balon Udara

Balon udara menerapkan konsep pemuaian gas. Gas lebih mudah memuai dibandingkan zat padat dan zat cair. Gas tersusun atas molekul- molekul yang selalu bergerak bebas. Ketika dipanaskan, energi gerak dalam arti molekul akan semakin cepat dan tekanan gasnya pun akan lebih besar. Akibatnya, udara yang panas akan mendesak naik ke atas, mencari udara yang lebih dingin.

  1. Pemasangan Jaringan Listrik/Telepon

Pemasangan jaringan listrik/telepon juga menerapkan konsep pemuaian. Jika kita melihat pemasangan kabel- kabel jaringan listrik atau telepon di sepanjang jalan, tampak longgar/ kendur/ tidak kencang, maka itu bertujuan untuk mengantisipasi memanjangnya kabel pada saat siang hari dan menyusutnya kabel pada malam hari.

  1. Penyambungan Rel Kereta Api

Penyambungan rel kereta api juag menerapkan konsep pemuaian sama halnya dengan pemasangan kabel jaringan yang kendur. Pemasangan sambungan rel kereta api yang mempunyai celah bertujuan agar rel tidak membengkok jika memuai dan panjangnya bertambah.

Panjang celah antar sambungan harus diukur dengan tepat agar antara panjang celah dan pertambahan panjang ketika memuai tidak kurang.

  1. Pemasangan Kaca Jendela

Pemasangan kaca jendela juga menerapkan konsep pemuaian. Kaca jendela bisa pecah karena terjadinya pemuaian panjang ketika terkena paparan panas dari sinar matahari secara langsung. Oleh sebab itu, dalam pemasangan setiap kaca jendela selalu diberikan sedikit jarak atau ruang pada bagian tepi.

  1. Pemasanga Keramik

Selain kaca, keramik ternyata juga bisa memuai, sehingga ketika memasang keramik, harus diberi jarak antara satu dengan yang lainnya yang dinamakan ‘open joint’. Di tengah-tengah ruang tersebut biasanya diisi dengan bahan ‘nat’ yang mempunyai sifat fleksibel.

  1. Mesin Kendaraan

Mesin mobil atau motor yang dingin tidak dapat bekerja dengan baik, karena ukuran piston yang menyusut, dan saat mencapai suhu operasi normal (panas) akan bekerja maksimal. Oleh sebab itu, sebaiknya sebelum kendaraan digunakan dipanaskan terlebih dahulu.

Maka, demikian tadi ya materi lengkap yang bisa kami berikan ulasan terkait dengan pengertian pemuaian dalam fisika menurut para ahli, macam, rumus, dan contohnya. Semoga memberikan pengetahuan atas literasi yang kami sampaikan. Trimakasih,

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan.