Rumus Pemuaian Zat Padat dan Contoh Soalnya

Diposting pada

Rumus Pemuaian Zat Padat dan Contoh Soalnya – Dalam ilmu Fisika tentunya kita sering mendengar tentang materi pemuaian. Pemuaian sendiri dapat dibagi menjadi beberapa jenis yaitu pemuaian zat padat, pemuaian zat gas dan pemuaian zat cair. Apakah anda tahu bagaimana rumus pada materi pemuaian zat padat itu? Apa pengertian pemuaian zat padat itu? Apa saja macam macam pemuaian zat padat? Bagaimana cara menyelesaikan contoh soal pemuaian zat padat? Contoh pemuaian zat padat dapat kita amati pada kabel telepon ketika musim panas maupun musim dingin. 

Contoh pemuaian zat padat pada kabel telepon di musim dingin akan terlihat kencang. Sedangkan kabel pada musim panas akan terlihat kendor. Kemudian kita juga dapat melihat proses pemuaian yang terjadi ketika gelas tiba tiba pecah saat diisi air panas. Adapula proses mendidihnya air yang terus dipanasi hingga terkadang tumpah dari wadahnya. Hal hal inilah yang merupakan contoh proses pemuaian zat padat. Dalam materi pemuaian zat padat sendiri terdapat beberapa hal yang dibahas seperti pengertian pemuaian zat padat, jenis jenis pemuaian zat padat, rumus pemuaian zat padat dan contoh soal pemuaian zat padat.

Rumus Pemuaian Zat Padat dan Contoh Soalnya
Contoh Pemuaian Zat Padat

Pada dasarnya kita memang dapat menemukan contoh pemuaian zat padat disekeliling kita. Secara umum pemuaian dapat diartikan sebagai gerakan atom sebuah benda yang menyusunnya karena pemanasan telah dialaminya. Sebuah benda yang memiliki suhu semakin panas, maka getaran antar atomnya juga akan semakin cepat menyebar ke seluruh arah. Pemuaian ke segala arah tentunya dapat disebabkan oleh getaran atom sebuah benda tersebut. Apa pengertian pemuaian zat padat itu? Apa saja jenis jenis pemuaian zat padat? Pada kesempatan kali ini saya akan menjelaskan tentang rumus pemuaian zat padat, contoh pemuaian zat padat dan contoh soal pemuaian zat padat. Untuk lebih jelasnya dapat anda simak di bawah ini.

Rumus Pemuaian Zat Padat dan Contoh Soalnya

Apa yang dimaksud pemuaian zat padat itu? Pengertian pemuaian zat padat ialah peristiwa pada benda padat (contohnya logam) yang mengalami pertambahan besar ukuran karena suhu benda tersebut naik. Terjadinya kenaikan suhu sebuah benda disebabkan oleh energi tambahan kalor karena gerak molekul molekul benda menjadi semakin cepat. 

Baca juga : Pengertian Getaran, Rumus, Jenis Jenis dan Contoh Soal

Kemampun pemuaian masing masing zat memang tidak sama. Contohnya saja gas yang mempunyai kemampuan pemuaian yang lebih besar dibandingkan zat padat dan zat cair. Dalam materi pemuaian zat padat pada umumnya terdapat pembahasan mengenai pemuaian panjang, pemuaian volume dan pemuaian luas.

Sebuah benda yang mengalami pemuaian dapat disebabkan oleh karakteristik bahan, besar perubahan suhu benda dan ukuran awal bendanya. Sebelum membahas tentang rumus pemuaian zat padat dan contoh soal pemuaian zat padat tersebut, anda harus mengetahui terlebih dahulu mengenai koefisien muai panjang.

Koefisien Muai panjang Zat Padat

Apa yang dimaksud koefisien muai panjang itu? Pengertian koefisien muai panjang ialah angka yang menjelaskan kenaikan suhu 1°C ketika panjang zat bertambah. Koefisien muai panjang yang semakin besar pada sebuah zat akan menyebabkan pertambahan panjang semakin besar ketika dipanaskan.

Namun apabila dipanaskan, maka koefisien muai panjang zatnya akan semakin kecil kemudian pertambahan panjangnya juga semakin kecil. Beberapa zat memiliki koefisien muai panjang (α) di dalamnya. Namun masing masing zat padat dapat memiliki muai volume dan luas apabila γ = 3α dan β = 2α. Di bawah ini terdapat jenis jenis koefisien muai panjang pada zat padat yaitu:

  • Koefisien muai panjang alumunium yaitu 0,000026/°C.
  • Koefisien muai panjang baja yaitu 0,000011/°C.
  • Koefisien muai panjang besi yaitu 0,000012/°C.
  • Koefisien muai panjang emas yaitu 0,000014/°C.
  • Koefisien muai panjang kaca yaitu 0,000009/°C.
  • Koefisien muai panjang kuningan yaitu 0,000018/°C.
  • Koefisien muai panjang tembaga yaitu 0,000017/°C.
  • Koefisien muai panjang platina yaitu 0,000009/°C.
  • Koefisien muai panjang timah yaitu 0,00003/°C.
  • Koefisien muai panjang seng yaitu 0,000029/°C.
  • Koefisien muai panjang pyrex yaitu 0,000003/°C.
  • Koefisien muai panjang perak yaitu 0,00002/°C.

Pemuaian Panjang

Jenis pemuaian zat padat yang pertama ialah pemuaian panjang. Dalam materi pemuaian zat padat ini terdapat rumus pemuaian zat padat dan contoh soal pemuaian zat padat yang dijelaskan. Zat padat pada umumnya memiliki luas penampang kecil yang berukuran panjang, misalnya rel kereta api maupun kabel.

Akan tetapi pemuaian pada luas penampang sendiri dapat kita abaikan. Kebanyakan kita hanya memperhatikan pemuaian ketika panjangnya bertambah. Zat padat yang panjangnya bertambah akan relatif lebih kecil ketika dipanaskan sehingga untuk mengetahuinya perlu ketelitian tertentu.

Baca juga : Pengertian Pemuaian, Jenis, Penyebab dan Contoh Soal

Apabila panjang mula mula l1 yang dimiliki suatu batang, maka suhunya akan menjadi T2 dan panjangnya l2 ketika dipanasnya meskipun mula mula suhunya T1 dengan koefisien muai panjang (α) nya. Di bawah ini terdapat rumus pemuaian panjang yang dapat dinyatakan dalam bentuk persamaan seperti berikut:

l2 = l1 + ∆l
l2 = l1(1 + α × ∆T)

Keterangan:
l1 = Panjang batang mula mula (m)
l2 = Panjang batang setelah dipanaskan (m)
T1 = Suhu batang mula mula (°C)
T2 = Suhu batang setelah dipanaskan (°C)
∆l = Selisih panjang batang = l1 – l2
∆T = Selisih suhu (°C) = T2 – T1
α = Koefisien muai panjang (/°C)

Contoh Soal Pemuaian Panjang

Panjang benda yang berbahan baja besarnya 1500 cm. Apabila suhunya berubah 45°C, maka tentukan pertambahan panjang baja tersebut?

Pembahasan. 
Diketahui : l1 = 1500 cm; ∆T = 45°C; α = 12 × 10‾⁶ °C‾¹
Ditanyakan : ∆l = ?
Jawab.
Contoh soal pemuaian zat padat ini dapat diselesaikan dengan rumus tertentu. Adapun rumus pemuaian zat padat yang digunakan yaitu:
∆l = l1 × α × ∆T
    = 1500 × 12 × 10‾⁶ × 45
    = 0,81 cm
Jadi pertambahan panjang baja tersebut ialah 0,81 cm.

Pemuaian Luas

Jenis pemuaian zat padat selanjutnya ialah pemuaian luas. Dalam pemuaian ini tentunya kita sering mengenal istilah lebar dan panjang. Untuk pemuaian dalam arah lebar dan panjang akan terjadi pada benda yang bentuknya dua dimensi (plat). Lempengan tersebut akan mengalami pemuaian luas atau pertambahan luas. Hal ini seperti yang terjadi pada panjang kawat yang bertambah. Di bawah ini terdapat rumus pemuaian luas yaitu sebagai berikut:

A2 = A1(1 + β × ∆T)
A2 = A1(1 + 2α × ∆T)

Keterangan:
A1 = Luas bidang mula mula (m²)
A2 = Luas bidang setelah dipanaskan (m²)
∆T = Selisih suhu (°C)
β = Koefisien muai luas (/°C)

Contoh Soal Pemuaian Luas

Suatu pelat besi memiliki luas 20 m² pada suhu 35°C. Apabila koefisien muai panjang besinya 0,000012/°C dan kenaikan suhunya 100°C, maka hitunglah luas pelat besi itu?

Pembahasan.
Diketahui : A1 = 20 m²; α = 0,000012/°C; T1 = 35°C; T2 = 100°C; ∆T = T2 – T1 = 100 – 35 = 65°C; β = 2α = 2 × 0,000012/°C = 0,000024/°C
Ditanyakan : A2 = ?
Jawab :
Contoh soal pemuaian zat padat ini dapat diselesaikan dengan rumus tertentu. Adapun rumus pemuaian zat padat yang digunakan yaitu:
A2 = A1(1 + β × ∆T)
      = 20 (1 + 0,000024 × 65)
      = 20 (1 + 0,00156)
      = 20 × 1,00156
      = 20,0312 m²
Jadi setelah dipanaskan luas pelat besi tersebut akan menjadi 20,0312 m².

Baca juga : Rumus Pemuaian Zat Cair, Anomali Air dan Contoh Soal

Pemuaian Volume

Jenis pemuaian zat padat selanjutnya ialah pemuaian volume. Zat padat akan memiliki ukuran panjang, tinggi dan lebar apabila termasuk dalam kategori tiga dimensi. Misalnya balok dan bola. Jenis zat padat ini akan mengalami pemuaian volume apabila dipanaskan sehingga panjang, tinggi dan lebar zat padat tersebut bertambah. Akan tetapi jenis jenis zatnya akan mempengaruhi muai ruangnya karena muai volume sendiri merupakan penurunan muai panjang tersebut.

Benda mula mula akan memiliki suhu T1, koefisien muai ruang γ dan volume V1, namun suhunya akan menjadi T2 dan volumenya V2 jika dipanaskan. Di bawah ini terdapat rumus pemuaian volume yang dinyatakan dalam persamaan seperti berikut:

V2 = V1(1 + γ × ∆T)
V2 = V1(1 + 3α × ∆T)

Keterangan:
V1 = Volume benda mula mula (m³)
V2 = Volume benda setelah dipanaskan (m³)
∆T = Selisih suhu (°C)
γ = Koefisien muai ruang (/°C)

Contoh Soal Pemuaian Volume

Volume sebuah bejana pada suhu 30°C ialah 2 liter. Hitunglah volume bejana di suhu 80°C jika bejana tersebut memiliki koefisien muai panjang 2 × 10‾⁵/°C?

Pembahasan.
Diketahui : V1 = 2 L; ∆T = 80°C – 30°C = 50°C; γ = 3α = 3 × 2 × 10‾⁵/°C = 6 × 10‾⁵/°C
Ditanyakan : V2 = ?
Jawab :
Contoh soal pemuaian zat padat ini dapat diselesaikan dengan rumus tertentu. Adapun rumus pemuaian zat padat yang digunakan yaitu:
V2 = V1(1 + γ × ∆T)
      = 2(1 + 6 × 10‾⁵ × 50)
      = 2(1 + 0,003)
      = 2 × 1,003
      = 2,006 liter
Jadi setelah dipanaskan bejana tersebut akan memiliki volume sebesar 2,006 liter.

Sekian penjelasan mengenai rumus pemuaian zat padat, contoh pemuaian zat padat dan contoh soal pemuaian zat padat. Pemuaian zat padat merupakan peristiwa pada benda padat (contohnya logam) yang mengalami pertambahan besar ukuran karena suhu benda tersebut naik. Semoga artikel ini dapat bermanfaat dan terima kasih telah membaca materi pemuaian zat padat di atas.