Muai Panjang Zat Padat

I. TUJUAN

            Tujuan dari percobaan mengenai muai panjang zat padat adalah menentukan koefisien muai panjang suatu batang logam.

II. DASAR TEORI

            Pada umumnya ukuran suatu benda akan berubah . pada benda-benda yang berbentuk batang , perubahan ukuran panjang akibat perubahan suhu adlah sangat nyata, sedang perubahan ukuran luas penampang dapat diabaikan karena kecilnya.

            Perubahan ukuran panjang akibat perubahan suhu dapat dirumuskan sebagai berikut :

            ∆L = ά . L₀ . ∆T

            Perubahan tersebut diatas dapat diubah menjadi : 

            ά =.

 Keterangan :

   = perubahan relatif dari panjang suatu benda

  ∆T = perubahan suhu

   ά = koefisien muai panjang

            Koefisien muai panjang (ά ) suatu zat didefinisikan sebagai perubahan relatif dari panjang zat itu perderajat perubahan suhu.

            Pada umumnya benda bila dipanaskan akan memuai, kecuali terhadap beberapa benda tertentu malah menunjukkan gejala yang sebaliknya. Yaitu menyusut dan tidak memuai pada daerah selang waktu tertentu. Misalnya pada air, dalam keadaan wujud padat ( es ), bila dipanaskan ternyata volumenya menyusut. 

            Koefisien muai panjang suatu zat / bahan yang berwujud batang dapat ditentukan secara berikut. Dibuat dua goresan halus, yang pertama dekat ujung, yang kedua  dekat pangkalnya. Kemudian suhu batang dinaikkan dengan jumlah tertentu, lalu pergeseran, tiap-tiap geseran tersebut diukur dengan mikrometer sekrup atau mikroskop pengatur.

            Unsur di logam ( biketallic element ) ialah suatu alat yang banyak dipakai beberapa tahun terakhir ini, baik sebagai termometer maupun sebagai bagian dari banyak alat pengotrol thermostatik. Alat ini terdiri dari dua lempeng logam tipis yang berlainan. Kedua lempeng itu dilas satu sama lain.

            Jika dupergunakan sebagai temometer, maka ujungnya yang satu tidak bisa bergerak, sedangkan ujungnya yang lain beba dan gerakannya yng lain untuk menutup atau memutuskan arus listrik pengontrol. Termometer umum yang digunkan padatungku berupa lempengan dwi logamyang berbentuk sulur. Jika suhu berubah sulur itu akan bertambah atau kurang melilitnya dan gerakan ini diteruskan pada skala yang sudah tertera.

            Karena adanya geseran  dan mengurangnya gerakan itu termometer semacam ini bukan alat posisi.

            Jika kedua lempeng sama tebalnya, misalnya terbukti bahwa lempengan dwi logam yang lurus akan melengkung dan besar radius kelengkungannya adalah

                        R =  

            Disini berarti selang suhu diatas atau di bawah suhu pada waktu lempeng berbentuk lurus, 1 dan 2 ialah koefisien muai panjang.

            Selain muai panjang pada suatu zat, terdapat juga muai luas dan muai volume pada suatu zat tersebut.     

III. ALAT-ALAT YANG DIGUNAKAN

1. Satu set “ Expansion Apparatus.” Merupakan seperangkat peralatan yang   digunakan untk melakukan  percobaan, digunakan untuk membantu atau mempermudah dalam melakukan percobaan ini.
2. Termometer 100^o C ; berguna untuk mengukur suhu, skala suhu  100^o C diantara titik tetap bawah ( 0^o  C ) dan tetap atas (100^o C ).
3. Selang karet

Gunanya untuk mengalirkan air yang menindih.

4. Cawan Petri

Untuk memanaskan zat pada suhu tinggi.

5. Dial Gauge

Berguna untuk mengukur pertambahan panjang pemuaian yang terjadi pada zat padat.

6. Steam Generator 550 W / 220 V Gunanya untuk tempat penampungan air yang akan dihubungkan denganlistrik.

V. PROSEDUR PERCOBAAN

       1.  Mengisi “ steam generator “ dengan air ± ¾ nya.

       2.  Merendam pipa logam dalam air mngukur suhunya. Suhu ini dicatat sebagai suhu awal.

       3. Merangkai peralatan da mengatur jarum penunjuk “ dial gauge “ supaya menunjuk angka nol.

4.   Menghubungkan  “ steam generator” dengan listri, dan menunggu sampai mendidi.

5.   Memperhatikan jarum penunjuk “ dial gauge “, bila sudah maksimum catat sebagai L.

6    Mengulangi percobaan dengan pipa logam yang lain.           

TUGAS PENDAHULUAN

1. Apa yang dimaksud  koefisien muai linier, koefisien muai luas, dan koefisien  muai volume ?

Jawab :

Koefisien muai linier adalah perubahan relatif dari panjang zat dibagi dengan perubahan waktu.

Koefisien muai luas adalah perubahan relatif dari luas suatu zat dibagi dengan perubahan waktu.

Koefisien muai volume adalah perubahan relatif dari volume suatu zat dibagi dengan perubahan waktu.

2.  Tentukan satuan dan dimensi pada pertanyaan no.1 ?

Jawab :

Koefisien muai linier satuannya adalah ⁰ C ^-1 dimensinya [ θ ^-1 ].

Koefisien muai luas satuannya adalah ⁰ C ^-1 dimensinya [ θ ^-1 ].

Koefisien muai volume satuannya adalah ⁰ C ^-1 dimensinya [ θ ^-1 ].

3.   Apa yang mempengaruhi  besar kecilnya koefisien ?

Jawab :

Yang mempengaruhi besar kecilnya koefisien muai panjang adalah

·         Jenis zat

·         Suhu

·         Luas penampang pada koefisien muai luas

·         Volume zat pada koefisien muai volume

·         Panjang logam pada koefisien muai panjang

3. Buktikan bahwa :
• Koefisien muai luas logam 2 kali koefisien muai linier. A = L₁L_.2

Bukti :

Koefisien muai luas =  = L₂ + L₁

Dibagi dengan L₁L₂ maka diperoleh :

. =.+. = α + α = 2α           Terbukti

·         Koefisien muai volume logam 3 kali koefisien muai liniernya

Bukti :

V = L₁L ₂L₃

= L ₂L₃ + L₁L₃ + L₁L ₂

Dibagi dengan L₁L ₂L₃  maka diperoleh :

Koefisien muai volume β = .

     =.+.+.

     = α + α + α = 3 α

                                                                                                Terbukti

DAFTAR PUSTAKA

Ingersoll, L. R, Martin , J, dan Rouse, T. A, Experiment in Phisics.

Margenau, H, W, R, Waston dan C. G. Montgomery, Physics Principles and Application.

Sears dan Zemansky, University Phisics, Addison Weasley Reading. Massachusett, 1981.