Laporan Praktikum Pemuaian Panjang

www.hajarfisika.com

Laporan Praktikum Pemuaian Panjang

BESAR KOEFISIEN PEMUAIAN PANJANG PADA BENDA PADAT

I. Latar belakang
          Pemuaian yaitu bertambahnya ukuran atau besar suatu benda lantaran kenaikan suhu yang terjadi pada benda tersebut. Atau pemuaian juga sanggup diakatakan sebagai bertambahnya panjang, luas, dan volume suatu benda lantaran imbas kalor(panas). Kenaikan suhu menjadikan benda tersebut mendapatkan suplemen energi berupa kalor yang menimbulkan molekul-molekul pada benda tersebut bergerak lebih cepat. Setiap zat mempunyai kemampuan muai yang berbeda-beda. Gas contohnya mempunyai kemampuan muai lebih besar dibanding zat padat dan cair. Sedangkan zat cair kemampuan muainya lebih besar dibanding zat padat. Pemuaian dibagi menjadi 3 jenis, yaitu pemuaian zat padat, cair, dan gas. Namun, pada percobaan ini hanya akan membahas pemuaian yang terjadi pada zat padat saja.
          Setiap zat padat mempunyai besaran yang disebut koefisien muai panjang. Koefisien muai panjang suatu zat yaitu angka yang menunjukkan pertambahan panjang zat apabila suhunya dinaikkan sebesar 1̊C. Makin besar koefisien panjang suatu zat apabila dipanaskan maka makin besar perubahan panjangnya. Demikian pula sebaliknya, semakin kecil koefisien muai panjang suatu zat maka semakin kecil pula pertambahan panjangnya.

          Contoh yang sanggup kita lihat pada penerapan konsep muai panjang yaitu pada pemasangan rel kereta api yang sengaja dibentuk renggang. Hal ini dikarenakan rel kereta api terbuat dari besi, pada siang hari rel kereta api tersebut akan terkena sinar matahari pribadi yang berarti besi tersebut mendapatkan kalor dan akan melaksanakan pemuaian panjang. Apabila pada pemasangan rel kereta api tidak dibentuk renggang maka pada dikala siang hari rel akan memuai dan menimbulkan ukiran antar rel dan rel kereta api akan membengkok yang akan membahayakan kereta api
          Pemuaian juga terjadi pada zat cair dan gas. Contoh pemuaian yang terjadi pada zat cair yaitu dikala kita merebus air pada sebuah panci. Pada dikala awal, panci, dan air sama-sama mengalami pemuaian. Namun mengapa dikala air mendidih, air justri tumpah pada panci, hal ini disebabkan lantaran koefisien muai zat cair lebih besar daripada zat padat yang dalam hal ini yaitu panci yang terbuat dari aluminium. Sama dengan zat cair, zat yang berupa gas juga hanya mengalami pemuaian berupa pemuaian volume tanpa pemuaian panjang dan luas lantaran salah satu sifat gas yaitu perubahan volume dan selalu mengisi seluruh ruangan.


II. Tujuan Percobaan
2.1 Menjelaskan imbas perubahan temperatur materi terutama logam
2.2 Mengukur besarnya koefisien pemuaian panjang bahan


III. Dasar Teori
          Pemuaian zat padat yaitu bertambahnya ukuran suatu benda lantaran imbas perubahan suhu atau bertambahnya ukuran suatu benda lantaran imbas penerimaan kalor. Pemuaian pada zat padat ada 3 jenis yaitu pemuaian panjang, luas, dan volume. Pemuaian panjang yaitu bertambahnya ukuran panjang suatu benda lantaran mendapatkan kalor, pada pemuaian panjang nilai lebar dan tebal yang sangat kecil bila dibandingkan dengan muai panjang tersebut, sehingga lebar dan tebal dianggap tidak ada atau bisa diabaikan. Pemuaian panjang suatu benda dipengaruhi oleh jenis benda atau jenis materi yang digunakan. Nilai koefisien mua panjang besi dan tembaga berdasarkan standar internasional yaitu sebesar 1,2 x 10^-5/̊C dan 1,7 x 10^-5/̊C(Joseph,1978).
          Jika temperatur benda padat dinaikkan maka benda padat tersebut akan memuai. Dapat diamati dari sebuah batang logam yang mempunyai panjang [L] dan pada suhu atau temperatur [T] tertentu. Jika temperatur atau suhunya berubah maka perubahan panjang akan sebanding dengan perubahan shu dan panjang mula-mula. Pernyataan ini sanggup dirumuskan sebagai berikut : 

ΔL = α.L₀.ΔT ..........(1) 

dengan ΔL yaitu perubahan panjang, L₀ adalah panjang mulai-mulai, α yaitu koefisien pemuaian panjang, dan ΔT yaitu perubahan pada suhunya(Tippler,1998).

          Koefisien pemuaian panjang biasanya dihitung berdasarkan persamaan empiris antara rapat massa dan suhu pada tekanan konstan. Jika metode ini tidak memungkinkan dipakai metode optik yang melibatkan faktor interferensi cahaya koefisien muai panjang tidak bebas dari imbas perubahan dari tekanan. Suatu zat padat atau zat cair mengalami perubahan volume apabila suhunya berubah sebesar dt, lantaran skala derajat kelvin dan skala derajat celcius merupakan selang suhu yang sama harganya. Lambang koefisien pemuaian panjang yaitu α, koefisien pemuaian panjang(linear) besarnya diukur dengan menggunakan Iner Vero Meter(Zemansky,1999).

          Suhu yaitu suatu atribut sistem yang memilih apakah sistem tersebut akan berada dalam kesetimbangan termal dengan sistem-sistem yang lain. Ini sama dengan pengertian sehari-hari kita perihal suhu, lantaran ketika badan yang panas dan badan yang hambar melaksanakan kontak, badan bermetamorfosis suhu yang sama. Kebanyakan benda memuai bila dipanaskan dan menyusut apabila didinginkan. Tetapi besarnya pemuaian dan penyusutan bervariasi, tergantung pada materialnya(Giancoli,1997).

          Pemuaian linier benda padat, ketika suatu benda padat mengalami peningkatan temperatur ΔT, pertambahan panjangnya ΔL hampir sebanding dengan panjang awalnya L₀ dikalikan dengan T. Yaitu :

ΔL = α.L₀. ΔT ..........(1)

dimana konstanta perbandingan disebut sebagai koefisien pemuaian linear. Nilai tergantung pada sifat zat. Untuk banyak sekali keperluan, kita sanggup menganggap α sebagai konstanta yang sepenuhnya bebas dari T, meskipun hal tersebut jarang benar. Dari persamaan diatas, α yaitu perubahan panjang per satuan panjang awal per derajat perubahan temperatur. Sebagai contoh, bila kuningan sepanjang 1 000 000 cm menjadi 1 000 019 cm ketika temperature dinaikkan 1̊C, koefisien pemuaian linier kuningan yaitu α = 1,9 x 10^-3/̊C. Pemuaian luas, bila luas A₀ memuai menjadi A₀ + ΔA ketika mengalami kenaikan temperature ΔT, yaitu :

ΔA = β.A₀.T ..........(2)

dimana β yaitu koefisien pemuaian luas. Untuk zat padat isotropik(yang memuai dengan cara yang sama ke segala arah). Pemuaian volume, bila suatu volume V₀ memuai menjadi V₀ + V ketika mengalami kenaikkan temperatur, maka :

V = γ.V₀.T ..........(3)

dimana γ adalah koefisien pemuaian volume. Ini sanggup berupa peningkatan atau pengurangan volume(Bueche,1999).

IV. Metodologi Percobaan

4.1 Alat dan Bahan
a. Peralatan muai panjang model Pasco TD-8558 berfungsi sebagai alat yang dipakai dikala mengamati pertambahan panjang (1 set)
b. Termokopel berfungsi untuk mengukur suhu awal dan kenaikkan suhu dikala percobaan (1 buah)
c. Pemanas air(kompor listrik) berfungsi untuk memanaskan air (1 buah)
d. Mistar yang berfungsi untuk mengukur panjang awal benda uji (1 buah)
e. Logam(besi, aluminium, tembaga) yang berfungsi sebagai benda uji (1 buah)


4.2 Gambar Alat
-


4.3 Langkah Kerja

4.4 Metode Grafik

V. Data dan Analisa

5.1 Data Percobaan

5.2 Analisa Data
          Prinsip pada percobaan pemuaian panjang kali ini yaitu ketika benda logam dipanaskan dengan temperatur tinggi menjarak rata-rata antar atom pada logam tersebut bertambah jauh, hal inilah yang mmebuat benda bertambah panjang. Pertambahan panjang logam berbanding lurus dengan suhu atau temperatur, jadi bila suhu dinaikkan semakin tinggi maka pertambahan panjang logam juga akan semakin besar. Pada percobaan ini, perpindahan yang terjadi ketika air dipanaskan untuk mengalirkan uap ke besi yaitu jenis perpindahan konveksi lantaran terjadi perpindahan partikel-partikel zat yang disebabkan oleh massa jenis. Ketika air dibagian bawah memuai, massa jenisnya akan berkurang sehingga akan menciptakan air dibagian bawah tersebut bergerak naik(ke atas), tempatnya digantikan oleh air yang suhunya lebih rendah yang bergerak turun lantaran massa jenisnya lebih besar. Kemudian perpindahan yang terjadi ketika uap dialirkan menggunakan selang menuju logam yaitu perpindahan jenis konduksi lantaran kalor hanya merambat saja sedangkan zat logam(padat) sebagai penghantarnya. Perpindahan kalor juga ikut berperan dalam percobaan ini(perpindahan kalor tanpa melalui zat perantara), contohnya yaitu kalor yang dihasilkan oleh pemuaian logam dengan pemanasan air, panas ini akan memancar ke badan tanpa zat perantara(kita akan merasa hangat).
          Percobaan ini dimanfaatkan untuk mendapatkan nilai koefisien muai panjang(α) dengan perhitungan manual dan grafik pada logam aluminium, besi, dan tembaga. Persamaan yang dipakai untuk menghitung koefisien muai panjang(α) yaitu persamaan 1. Dengan menggunakan persamaan 1 ini didapatkan koefisien muai panjang logam aluminium, besi, dan tembaga sebesar ; α_A = (1616 ± 18,98)10^-8/̊C, α_B = (999,8 ± 8,82)10^-8/̊C, α_T = (1848 ± 17,76)10^-8/̊C dengan masing-masing ketelitian sebesar 98,82%, 99,11%, 99,03%. Dalam data ini terlihat bahwa koefisien muai panjang tembaga lebih besar dari aluminium dan besi(α_T > α_A > α_B). Hal ini menimbulkan pertambahan panjang pada tembaga lebih besar dari aluminium dan besi(ΔL_T>ΔL_A>ΔL_B), lantaran koefisien muai panjang berbanding lurus dengan pertambahan panjang logam.
          Dengan menggunakan metode grafik didapatkan nilai koefisien muai panjang pada masing-masing logam, berikut yaitu 3 gambar grafik pertambahan panjang terhadap suhu pada logam aluminium, besi, dan tembaga :

dari gambar grafik 1,2, dan 3 diatas didapatkan gradien pada aluminium, besi, dan tembaga sebesar m_t = (2,233 ± 1,389).10^-5, m_t = (2,1 ± 1,4).10^-5, m_t = (0,566 ± 1,389).10^-5. Kemudian nilai gradien tersebut dimasukkan ke dalam persamaan garis dan didapatkan nilai koefisien muai panjang logam aluminium, besi, dan tembaga sebesar  α_A = (12390 ± 27,78)10^-8/̊C, α_B = (8876 ± 27,78)10^-8/̊C, α_T = (3517 ± 27,78)10^-8/̊C dengan masing masing ketelitian sebesar 99,77%, 99,68%, dan 99,21%. Dalam data ini terlihat bahwa koefisien muai panjang aluminium lebih besar dari besi dan tembaga(α_B > α_B > α_T). Hal ini menimbulkan pertambahan panjang pada aluminium lebih besar daripada besi dan tembaga(ΔL_A>ΔL_B>ΔL_T).

          Perhitungan secara manual dan grafik menghasilkan kesimpulan yang berbeda. Pada perhitungan secara manual didapatkan (ΔL_T>ΔL_A>ΔL_B) sedangkan secara grafik didapatkan ΔL_A>ΔL_B>ΔL_T. Data ini sangatlah acak dan berbeda. Menurut literatur, koefisien muai panjang aluminium, besi, dan tembaga yaitu sebesar ; (2500.10^-8/̊C), (1200.10^-8/̊C), (1670.10^-8/̊C) atau sanggup dikatakan bahwa α_B > α_T > α_A. Artinya pertambahan panjang pada aluminium lebih besar daripada tembaga dan besi (ΔL_A>ΔL_T>ΔL_B). Perbedaan kesimpulan berdasarkan literatur dengan perhitungan secara grafik dan manual disebabkan oleh banyak sekali faktor. Dalam perhitungan secara manual mungkin ada kesalahan dalam angka-angka desimalnya lantaran nilai dari data tersebut sangatlah kecil dan terlalu kompleks. Pada perhitungan secara grafik sanggup dilihat bahwa seharusnya gradien memotong sumbu y pada titik nol lantaran menggunakan persamaan garis y = m.x dengan nilai c = 0. Namun, pada gambar grafik 2 dan 3 nilai dari c tidaklah sama dengan nol. 

          Perbedaan hasil data ini dengan literatur juga disebabkan oleh kesalahan-kesalahan yang dilakukan selama percobaan, contohnya kurang ketelitian pada dikala pengambilan data, keadaan suhu ruangan, kabel termokopel yang error, skala pertambahan panjang yang tidak mau memutar dan cepatnya perubahan suhu yang ditampilkan pada termokopel sehingga suhu yang didapatkan menjadi tidak akurat dan acak.

VI. Kesimpulan

6.1 Pemuaian yaitu bertambahnya ukuran suatu benda lantaran perubahan suhu atau bertambahnya ukuran suatu benda dikarenakan benda tersebut mendapatkan kalor. Berdasarkan hasil dari pengamatan kami benda sanggup mengalami pemuaian ketika benda tersebut dipanaskan, yang mana pemuaian yang terjadi pada ketiga benda tersebut yaitu aluminium, besi, dan tembaga mempunyai taraf perubahan panjang dan derajat suhu yang berbeda-beda. Dari perhitungan secara manual didapatkan pertambahan panjang ΔL_T>ΔL_A>ΔL_B sedangkan secara grafik didapatkan pertambahan panjang ΔL_T>ΔL_B>ΔL_T. Seharusnya pertambahan panjangnya yaitu sebesar ΔL_A>ΔL_T>ΔL_B karena besi mempunyai molekul yang lebih rapat dibandingkan dengan aluminium dan tembaga. Sedangkan aluminium mempunyai molekul yang lebih renggang dibandingkan besi dan tembaga sehingga lebih gampang mengalami pemuaian.

6.2 Dalam percobaan ini didapatkan koefisien muai panjang(α) aluminium, besi, dan tembaga secara perhitungan manual dan grafik tetapi perhitungan ini sangat jauh berbeda dari literatur lantaran kesalahan-kesalahan dalam banyak sekali faktor. Nilai koefisien muai panjang(α) :

a. Aluminium : manual, α_A = (1616 ± 18,98)10^-8/̊C ; grafik, α_A = (12390 ± 27,78)10^-8/̊C

b. Besi : manual, α_B = (999,8 ± 8,82)10^-8/̊C ; grafik, α_B = (8876 ± 27,78)10^-8/̊C

c. Tembaga : manual, α_T = (1848 ± 17,76)10^-8/̊C ; grafik, α_T = (3517 ± 27,78)10^-8/̊C

VII. Daftar Pustaka
Bueche, F J.1999. Seri Buku Schaum Fisika. Jakarta : Erlangga.
Giancoli, Douglas C.1997. Fisika Jilid I. Jakarta : Erlangga.
Joseph, W Kone.1998. Fisika Dasar. Jakarta : Erlangga.
Tippler, A Paul.1998. Fisika untuk Sains dan Teknik Jilid I. Jakarta : Erlangga.
Zears, Zemansky.1998. Fisika untuk Universitas. Jakarta : Erlangga.


VIII. Bagian Pengesahan
-


IX. Lampiran

Bagikan Artikel ini