SUHU DAN PEMUAIAN ZAT
Makalah
Ini Disusun Untuk Memenuhi Tugas Mata Kuliah “IPA”
Dosen Pengampu: Rizki
Amalia Sholihah, M.Pd.
Disusun
Oleh:
Amin
Tohari
PROGRAM STUDI PENDIDIKAN GURU
MADRASAH IBTIDAIYAH (PGMI)
FAKULTAS TARBIYAH
INSTITUT AGAMA ISLAM SUNAN
GIRI
PONOROGO
2016
KATA PENGANTAR
Segala puji hanya milik Allah SWT. Dia-lah
pencipta sekaligus pemilik seluruh alam semesta ini beserta isinya. Yang
menciptakan siang dan malam dan menjadikannya bergantian secara teratur. Dan telah
menjadikan matahari sebagai sumber kehiduppan di bumi ini. Sholawat serta salam
senantiasa tercurahkan kepada Rasulullah SAW. Pemimpin umat yang dijadikan
khalifah sebagai pengatur dan rahmat bagi kelangsungan dan keharmonisan
kehidupan dan keseimbangan alam ini.
Dengan pertolongan dan rahmat Allah pula,
penyusun dapat menyelesaikan tugas makalah Suhu dan Pemuaian Zat ini.
Makalah ini disusun guna memenuhi tugas mata kuliah IPA 1 yang diajarkan
di Institut Agama Islam Sunan Giri Ponorogo, dengan harapan semoga makalah ini
dapat memberikan kemanfaatan bagi penyusun khususnya dan para pembaca pada umunya, sekaligus dapat
digunakan sebagai bahan kuliah dan diskusi pada tatap muka dan perkuliahan.
Tentu saja kehadiran makalah ini masih sangat
jauh dari kata sempurna. Maka dari itu penyusun berharap agar para pembaca mau
memberikan kritikan dan masukan yang positif dan saran-sarannya kepada penyusun
guna menjadikan penyusunan makalah yang lebih baik lagi kedepannya.
Merupakan suatu harapan pula, semoga makalah
ini tercatat sebagai amal baik dan menjadi motivator bagi penyusun untuk
menyusun karya tulis yang lebih baik lagi dan lebih bermanfaat. Amin.
Badegan, 04 November 2016
Penyusun
DAFTAR ISI
SAMPUL MAKALAH ......................................................................................................... i
KATA PENGANTAR ......................................................................................................... ii
DAFTAR ISI ...................................................................................................................... iii
DAFTAR TABEL DAN GAMBAR ................................................................................... iv
BAB I PENDAHULUAN
A.
Latar
Belakang ...................................................................................................... 1
B.
Rumusan
Masalah ................................................................................................. 1
C.
Tujuan
Pembahasan .............................................................................................. 1
BAB II PEMBAHASAN
A.
Pengertian
Suhu .................................................................................................... 2
B.
Pemuaian
Zat ........................................................................................................ 3
BAB III PENUTUP
A.
Kesimpulan
........................................................................................................... 11
B.
Saran
..................................................................................................................... 11
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................................... 12
Daftar Tabel Dan Gambar
Tabel
Koefisien Muai Panjang .................................................................................... 4
Gambar
0.1 ................................................................................................................. 4
Tabel
Koefisien Muai Ruang ...................................................................................... 8
BAB I
PENDAHULUAN
A.
Latar
Belakang
Secangkir
kopi, atau mungkin coklat panas yang masih mengepulkan asap, dibiarkan
demikian. Namun selang waktu beberapa menit, panasnya sudah tidak sama seperti
saat pertama disajikan. Mengapa demikian? Kabel listrik yang menggantung
disetiap tiang listrik sepanjang jalan, pemasangannya selalu kendur, tidak
terlalu kencang. Apakah PLN lupa, atau ada alasannya? Setelah mempelajari suhu dan pemuaian zat, serta hal-hal
yang berkaitan dengan dua hal tersebut, maka kalian dapat menjawab pertanyaan ini.
B. Rumusan Masalah
1.
Apa yang
dimaksud dengan suhu?
2.
Apa yang
dimaksud dengan pemuaian zat?
C. Tujuan
1.
Untuk Mengetahui
definisi dari Suhu
2.
Untuk Mengetahui
pemuaian zat.
BAB II
PEMBAHASAN
A. Pengertian Suhu
Konsep suhu
(temperatur) berasal dari ide kualitatif tentang “panas” dan “dingin” yang
didasarkan atas indera perasa. Suatu benda yang rasanya panas pada umumnya
memiliki suhu yang lebih tinggi daripada benda yang dingin. Jadi, suhu
merupakan suatu besaran yang menunjukkan ukuran derajat panas atau dinginnya
suatu benda[1]. Pada siang hari ketika matahari bersinar
terang, udara akan terasa panas. Sebaliknya, pada malam hari
udara terasa dingin. Bagaimanakah kita mengetahui perbedaan rasa panas pada siang
hari dan dingin pada malam hari?. Ketika kita menyentuh secangkir kopi panas, tangan terasa
panas. Namun sebaliknya, ketika kita menyentuh segelas es jeruk maka tangan terasa dingin. Bagaimanakah cara membedakan rasa panasnya kopi dan
dinginnya es? Ya, bisa jadi dengan
menggunakan perasaan. Akan tetapi, perasaan tidak dapat menjelaskan perbedaan panas dan dingin
dengan teliti. Maka dari itu untuk mengetahui perbedaan panas dan dingin suatu benda secara akurat.
Oleh karena itu, untuk mengukur suhu secara tepat diperlukan alat
ukur suhu yang dinamakan termometer. Untuk mengukur suhu benda bisa dengan menyentuhkan
bagian termometer kepada objek yang akan diukur suhunya maka akan menampakkan
nilai dari suhu benda tersebut. Di antara satuan-satuan penyebut suhu adalah
Celcius, Reamur, dan Fahrenheit.
Berikut adalah penjelasan singkat mengenai beberapa perbedaan
sekaligus perbandingan dari berbagai skala penunjuk suhu dari berbagai jenis
skala di atas, perinciannya:
a.
Termometer Celcius,
mempunyai titik beku air 00 & titik didih air 1000
b.
Termometer Reamur,
mempunyai titik beku air 00 & titik didih air 800
c.
Termometer
Fahrenheit, mempunyai titik beku air 320 &titik didih air 2120
Dengan
demikian dari ketiganya dapat digambarkan sebuah
perbandingan skala untuk air sebagai berikut
:
Jika
titik didih dari masing-masing termometer adalah C = 100 oC, R
= 80 oR, dan F = 212 oF. Dan titik bekunya C = 0 oC,
R = 0 oR, dan F = 32 oF, maka akan kita temukan
perbandingan sebagai berikut:
C :
R : (F-32) = 100 : 80 : (212-32)
= 100 : 80 : 180
|
C : R :
(F-32) = 5 : 4 : 9
|
|
tR
=
|
|
tF
=
|
|
tR
=
|
Selain 3 jenis termometer di atas, derajat panas sering dinyatakan
dengan derajat mutlak atau derajat KELVIN ( oK )
|
T = t C
+ 273o
|
tC
= suhu dalam oC
B.
Pemuaian Zat
Pemuaian adalah
bertambah besarnya ukuran suatu benda dikarenakan adanya kenaikan suhu yang terjadi pada benda tersebut[2].
Kenaikan suhu yang terjadi menyebabakan benda itu mendapatkan tambahan energi
berupa kalor yang menyebabkan molekul-molekul benda tersebut bergerak lebih
cepat. Hampir semua zat bila dipanaskan akan memuai dan jika didinginkan akan
menyusut, kecuali air di antara suhu 0 oC dan 40 oC[3].
Berikut 3 macam pemuaian yang terjadi pada zat padat, zat cair dan gas:
1.
Pemuaian Zat
Padat
Jika kita
memiliki batang besi kemudian besi tersebut dipanaskan dengan suhu yang tinggi,
apa yang terjadi pada besi setelah proses pemanasan?. Pada umumnya besi akan
memuai ke segala arah: ke arah panjang, lebar, dan tebal. Alat untuk mengetahui
sekaligus membuktikan pemuaian zat padat adalah Musschenbroek. Yang mana pada
alat ini terdapat tiga batang logam yang berbeda, yaitu: alumunium, tembaga dan
besi.
Pada saat
ketiga benda logam yang ini dipanaskan maka akan nampak adanya perubahan ukuran
batang logam dari ukuran semula. Peristiwa penambahan ukuran inilah yang
dinamakan “Pemuaian”. Pada zat padat mengalami tiga pemuaian, yaitu:
a.
Muai Panjang
Setiap benda
jika dipanaskan akan memuai ke arah panjang. Antara satu benda dengan benda yan lain memiliki
ukuran pemuaian yang berbeda-beda, hal ini dikarenakan besarnya koefisien muai
panjang dari masing-masing benda yang tidaklah sama. Koefisien muai panjang
adalah bilangan yang menunjukkan pertambahan panjang suatu zat padat jika
suhunya dinaikkan setiap 1oC. Berikut adalah tabelnya:
Tabel Koefisien
Muai Panjang
|
Jenis
Zat
|
Koefisien
Muai Pnjang (α)
|
|
Kaca
|
9
x 10-6
|
|
Baja
|
11
x 10-6
|
|
Alumunium
|
24
x 10-6
|
|
Platina
|
9
x 10-6
|
|
Tembaga
|
17
x 10-6
|
|
Timah
Hitam
|
29
x 10-6
|
|
Perunggu
|
19
x 10-6
|
|
Kuningan
|
19
x 10-6
|
|
|
lt
Gambar 0.1. Perumpamaan besi yang bertambah panjang
Misalkan batang besi mula-mula memiliki panjang lo,
kemudian dipanaskan dari suhu t1 oC sampai dengan t2
oC dan koefisien muai panjang besi adalah
, maka
pertambahan panjang besi(
) dapat
dinyatakan dengan persamaan:
∆l
= lo.α.∆t sehingga
panjang benda pada suhu t2 dapat ditulis dengan persamaan:
lt
= lo(1 + α.∆t)
|
Keterangan : ∆l
|
=
|
Pertambahan panjang
|
|
lo
|
=
|
Panjang mula-mula
|
|
Α
|
=
|
Koefisien muai panjang
|
|
∆t
|
=
|
Perubahan suhu
|
|
lt
|
=
|
Panjang zat setelah dipanaskan
|
Contoh
Soal:
|
∆t
= t2 – t1
= 70 – 40
= 30
lt = lo (1+α.∆t)
= 1 (1 + 11x10-6 . 30)
= 1 (1 + 0,00033)
= 1,00033m
|
Penyelesaian:
Diketahui
t1 = 40 oC
t2 = 70 oC
α = 11x10-6
lo = 1m
Ditanya
lt = ...?
Jawab:
b.
Muai Luas
Suatu benda
padat yang berbentuk lempengan apabila dipanaskan maka panjang dan lebar benda
tersebut akan mengalami pemuaian. Artinya benda tersebut mengalami pertambahan
luas dan lebar. Yang mana besarnya nilai pemuaian luas benda tersebut juga
dipengaruhi oleh koefisien muai luas. Setiap benda memiliki nilai koefisien
yang berbeda-beda. Koefisien muai luas disimbolkan dengan β(beta). Hubungan
antara koefisien muai panjang(α) dengan koefisien muai luas(β) adalah β = 2α.
Jika terdapat
sebatang logam yang memiliki luas mula-mula Ao dan koefisien muai
luas β dipanaskan dari suhu t1 sampai t2 maka pertambahan
luasnya:
∆A = Ao.β.∆t sehingga luas pada suhu t2 dapat ditulis dengan
persamaan
At = Ao (1 + β.∆t)
|
Keterangan ∆A
|
=
|
Pertambahan Luas
|
|
Ao
|
=
|
Luas mula-mula
|
|
β
|
=
|
Koefisien muai luas
|
|
∆t
|
=
|
Perubahan suhu
|
|
At
|
=
|
Luas zat setelah dipanaskan
|
Contoh soal:
Batang Alumunium yang luasnya 4 m2 dipanaskan dari suhu 75 oC,
Koefisien muai panjang alumunium 24 x 10-6. Hitunglah luas alumunium
pada suhu 125oC!
Penyelesaian:
|
Diketahui t1
|
=
|
75 oC
|
β = 2α = 2 . 24x10-6 = 48x10-6
|
|
t2
|
=
|
125 oC
|
Luas zat padat setelah dipanaskan adalah
|
|
Α
|
=
|
24 x 10-6
|
At = Ao (1 + β.∆t)
|
|
Ao
|
=
|
4 m2
|
At = 4 (1 + 48x10-6 .50)
|
|
Ditanya At
|
=
|
...?
|
At = 4.1,0024
|
|
Jawab:
|
|
|
At = 4,0096 m2
|
c.
Muai Ruang/Volume
Untuk zat padat
yang mempunyai ruang jika dipanaskan maka akan mengalami pemuaian, yang mana
pemuaian ruang pada setiap benda itupun berbeda-beda pula. Penyebabnya adalah
adanya koefisien muai ruang yang berbeda. Koefisien muai ruang disimbolkan
dengan γ(gamma). Hubungan antara koefisien muai ruang(γ) dengan koefisien muai
panjang(α) adalah γ = 3α.
Pada
pemuaian ruang/volume berlaku rumus:
∆V =
Vo .γ.∆t
Sehingga
volume pada suhu t2 dapat ditulis persamaan sebagai berikut:
Vt =
Vo (1 + γ.∆t)
|
Keterangan ∆V
|
=
|
Pertambahan Volume
|
|
Vo
|
=
|
Volume mula-mula
|
|
γ
|
=
|
Koefisien muai Volume
|
|
∆t
|
=
|
Perubahan suhu
|
|
Vt
|
=
|
Volume zat setelah dipanaskan
|
Contoh
soal:
Sebuah besi baja berbentuk kubus yang memiliki volume 40 m3 dipanaskan
pada suhu 40 oC, koefisien muai panjang baja adalah 11x10-6.
Hitunglah volume akhir baja tersebut pada suhu 90 oC!
Penyelesaian:
|
Diketahui t1
|
=
|
40 oC
|
γ = 3α = 3 . 11x10-6 = 33x10-6
|
|
t2
|
=
|
90 oC
|
Volume zat padat setelah dipanaskan adalah
|
|
α
|
=
|
11 x 10-6
|
Vt = Vo (1 + γ.∆t)
|
|
Vo
|
=
|
40 m3
|
Vt = 40 (1 + 33x10-6 .50)
|
|
Ditanya Vt
|
=
|
...?
|
Vt = 40.1,0165
|
|
Jawab:
|
|
|
Vt = 40,66 m3
|
2.
Pemuaian zat
cair
Pada umumnya zat cair jika di panaskan akan memuai. Namun tidak
sepenuhnya berlaku pada air, saat dipanaskan dari suhu 0 oC sampai 4 oC air akan
menyusut, baru ketika suhu lebih dari 4 oC, air akan memuai. Peristiwa
ini dinamakan dengan Anomali Air atau Keistimewaan Air. Dengan adanya
sifat anomali air, maka:
a.
Volume air
paling kecil berada pada suhu 4 oC
b.
Massa jenis air
paling besar berada pada suhu 4 oC.
Karena sifat
zat cair bentuknya berubah, namun volumenya tetap, maka zat cair tidak bisa
dikatakan mengalami pertambahan panjang akan tetapi mengalami muai volume atau
muai ruang. Muai ruang adalah pertambahan volume suatu zat cair karena dianikkan
suhunya. Muai ruang zat cair dapat diamati dengan alat yang bernama Dilamometer.
Dilamometer adalah sebuah labu gelas yang mempunyai pipa kecil berskala.
Muai volume zat cair dapat dirumuskan sebagai berikut:
Vt = Vo (1 +
γ.∆t)
|
Keterangan Vo
|
=
|
Volume mula-mula
|
|
γ
|
=
|
Koefisien muai Volume
|
|
∆t
|
=
|
Perubahan suhu
|
|
Vt
|
=
|
Volume zat setelah dipanaskan
|
Berikut tabel
kofisien muai ruang dari sebagian zat cair:
Tabel Koefisien Muai Ruang
|
Jenis
Zat
|
Koefisien
Muai Ruang (γ)
|
|
Alkohol
|
12
x 10-4
|
|
Gliserin
|
5
x 10-4
|
|
Minyak
parafin
|
9
x 10-4
|
|
Raksa
|
2
x 10-4
|
|
Air
|
2,1
x 10-4
|
|
Bensin
|
96
x 10-4
|
Contoh soal:
Sebuah botol
kaca 1 liter berisi air raksa yang bersuhu 0 oC. Jika botol tersebut
dipanasi sampai suhu 90 oC, serta koefisien muai panjang botol dan
koefisien muai ruang raksa adalah masing-masing 10x10-6 dan 18,2x10-5.
Maka volume raksa yang tumpah pada suhu 90 oC adalah?
Penyelesaian:
|
Diketahui t1
|
=
|
0 oC
|
γbotol = 3α = 3 . 10x10-6 = 3x10-5
|
|
t2
|
=
|
90 oC
|
Volume raksa setelah dipanaskan adalah
|
|
γraksa
|
=
|
18,2x10-5
|
Vt = Vo (1 + (γraksa-γbotol).∆t)
|
|
αbotol
|
=
|
10 x 10-6
|
Vt = 1 (1 + (18,2x10-5 – 3x10-5).90)
|
|
Vo
|
=
|
1 liter
|
Vt = 1 (1 + (18,2x10-5 – 3x10-5).90)
|
|
Ditanya Vtumpah
|
=
|
...?
|
Vt = 1 (16,2x10-5.90)
|
|
Jawab:
|
|
|
Vt = 1,458 liter
|
3.
Pemuaian Gas
Semua gas
apabila dipanaskan akan memuai dan apabila didinginkan akan menyusut, tetapi
tidak bisa dikatakan bahwa gas mengalami pertambahan panjang. Sebab merupakan
sifat dari gas itu sendiri bahwa bentuk dan volumenya selalu berubah, sehingga
gas hanya memiliki muai volume/ruang. Muai vulome gas jauh lebih besar
dibandingkan dengan muai benda padat dan cair. Pemuaian pada gas dipengaruhi
oleh tekanan, volume dan suhu. Jika gas dipanasi maka ketiga besaran tersebut
akan mempengaruhi keadaan gas. Hal ini dapat dipelajari dalam hukum Boyle,
Hukum Gay Lussac, dan Hukum Boyle-Gay Lussac.
Hukum Boyle
Hukum Boyle ini
terjadi pada proses Isotermis, yaitu proses dimana suhu gas selalu
tetap(t tetap). Sehingga berlaku rumus:
P1V1
= P2V2
Hukum Gay
Lussac
Hukum ini terjadi
pada proses Isokhoris, yaitu proses dimana volume gas tetap(Vtetap),
maka berlaku rumus:
P1 = P2
T1 T2
Untuk keadaan Isobaris, yaitu keadaan dimana tekanan(P)
tetap, maka berlaku rumus
V1 = V2
T1 T2
Hukum Boyle-Gay Lussac
Hukum ini berlaku apabila tekanan(P), Volume(V), dan suhu berubah,
sehingga persamaannya dapat ditulis:
P1V1 = P2V2
T1 T2
|
Keterangan V1
|
=
|
Volume mula-mula
|
T1
|
=
|
Suhu mula-mula
|
|
P1
|
=
|
Tekanan mula-mula
|
T2
|
=
|
Suhu akhir
|
|
V2
|
=
|
Volume akhir
|
|
|
|
|
P2
|
=
|
Tekanan akhir
|
|
|
|
[1] Bambang
Ruwanto, Fisika Dasar Prodi IPA (Suhu dan Kalor) (Yogyakarta : staff
uny, 2016), 3.
[2] Shofwan Ridho, Buku
Ajar Fisika untuk SMA/MA kelas Xsemester genap, (t.t : Citra Pustaka, t.t),
34.
PENUTUP
A. KESIMPULAN
Suhu merupakan suatu besaran yang menunjukkan ukuran derajat panas atau dinginnya suatu benda. Alat untuk mengukur suhu dinamakan termometer. Termometer sendiri terbagi menjadi banyak jenis, namun secara umum yang sering digunakan adalah termometer celcius, reamur, fahrenheit dan kelvin.
Pemuaian adalah bertambah besarnya ukuran suatu benda karena kenaikan suhu yang terjadi pada benda tersebut. Pemuaian dapat terjadi pada benda apapun, termasuk diantaranya adalah benda padat, cair maupun gas.
B. SARAN
Dalam kehidupan sehari-hari kita tidaklah lepas dengan hal-hal yang berkaitan dengan suhu dan pemuaian. Maka dari itu dengan kita mempelajari Ilmu Pengetahuan Alam (pada bab ini adalh Suhu dan Pemuaian Zat) menjadikan kita lebih berpengalaman dalam menyikapi kejadian-kejadian alam yang erat kaitannya dengan suhu dan pemuaian.
Dan kami menyadari sepenuhnya bahwa dalam penyusunan makalah ini masih sangat jauh dari kata sempurna, maka kami akan sangat berterima kasih apabila dari pembaca yang budiman berkenan memberikan kritik yang positif kepada kami.
DAFTAR PUSTAKA
Ridho, Shofwan. 2013. Buku Ajar Fisika untuk SMA/MA. t.t: Citra Pustaka.
Suko w, Prasetyo. Mangesti, Widyana. 2013. Fisika, Modul Pembelajaran Siswa. Madiun: Anugerah Agung.
Ruwanto, Bambang. 2016. Fisika Dasar prodi IPA(Suhu dan Kalor). Yogyakarta: Universitas Negeri Yogyakarta. Dari staff uny, (Online), (http://staff.uny.ac.id), diakses 28 Oktober 2016
No comments:
Post a Comment