sifat zat mekanika, suhu dan kalor

TUGAS FISIKA

SIFAT ZAT MEKANIK & SUHU DAN KALOR

 

Nama           :      Armita Febrianasari

Kelas            :      X   -   4

No.Absen     :      4

SEKOLAH MENENGAH KEJURUAN SMAK BOGOR

SIFAT ZAT MEKANIK

Sifat mekanik adalah kemampuan  suatu zat ( bahan ) dalam menahan beban ( gaya ) yang dikenakan pada zat itu. Tinjauan sifat mekanik zat meliputi kekuatan, kekerasan, elastisitas, kekakuan, plastisitas dan kelelahan bahan.

Selain itu ada yang mengatakan bahwa sifat zat mekanik adalah kemampuan suatu zat (bahan) dalam menahan beban atau gaya yang dikenakan padanya. Berdasarkan jenis bahannya sifat zat mekanik terbagi menjadi dua, yaitu antara lain :

1.      Logam

a.       Ferro Þ besi

b.      Non Ferro Þ Cu, Mg, Zn, Pb, dan lain-lain

2.      Non Logam

Contoh: kayu, asbes, karet, plastik, dan lain-lain

Selain berdasarkan jenis bahannya, sifat zat mekanik juga dapat dibedakan berdasarkan sifat zatnya. Maka daripada itu, berdasarkan sifatnya, zat (bahan) dapat dibedakan menjadi 2, yaitu antara lain :

1.   Elastis

Elastis adalah bahan yang dapat kembali ke bentuk semula jika gaya yang diberikan ditiadakan.

2.   Plastis

Berbeda dengan elastis, plastis adalah bahan yang tidak dapat kembali ke bentuk semula setelah gaya ditiadakan.

A.  Elastisitas

Elastis atau elastsisitas adalah kemampuan sebuah benda untuk kembali ke bentuk awalnya ketika gaya luar yang diberikan pada benda tersebut dihilangkan. Jika sebuah gaya diberikan pada sebuah benda yang elastis, maka bentuk benda tersebut berubah. Untuk pegas dan karet, yang dimaksudkan dengan perubahan bentuk adalah pertambahan panjang. Benda-benda elastis juga memiliki batas elastisitas.

Selain itu ada yang berpendapat kalau elastisitas adalah kecenderungan pada suatu benda untuk berubah dalam bentuk baik panjang, lebar maupun tingginya, tetapi massanya tetap, hal itu disebabkan oleh gaya-gaya yang menekan atau menariknya, pada saat gaya ditiadakan bentuk kembali seperti semula.

Tetapi didalam ilmu ekonomi, elastisitas dapat dikatakan sebagai perbandingan perubahan proporsional dari sebuah variabel dengan perubahan variable lainnya. Dengan kata lain, elastisitas mengukur seberapa besar besar kepekaan atau reaksi konsumen terhadap perubahan harga.

Ada pula contoh dari elastisitas ini, misalnya saja ketika anak kecil menarik karet mainan sampai batas tertentu, karet tersebut bertambah panjang. Tetapi jika tarikannya dilepaskan, maka karet akan kembali ke panjang atau bentuk semula. Demikian pula yang akan terjadi bila seseorang merentangkan pegas, pegas tersebut akan terbentang panjang, tetapi apabila dilepaskan pegas tersebut akan kembali ke panjang semula.

Hal – hal tersebut disebabkan karena benda – benda tersebut memiliki sifat elastis. Elastis atau elastisitas adalah kemampuan sebuah benda untuk kembali bentuk awalnya ketika gaya luar yang diberikan pada benda tersebut dihilangkan. Jika sebuah gaya diberikan pada sebuah benda yang elastis, maka bentuk benda tersebut berubah. Untuk pegas dan karet, yang dimaksudkan dengan perubahan bentuk adalah pertambahan panjang.

Gaya – gaya yang diberikan juga memilki batas –batas tertentu. Sebuah karet bisa putus jika gaya tarik yang diberikan sangat besar, atau melewati batas elastisitasnya. Demikian juga sebuah pegas tidak akan kembali ke bentuk semula jika diregangkan dengan gaya yang sangat besar. Jadi benda – benda elastis tersebut memiliki batasan elastisitas.

a.     Hukum Hooke

Pertambahan panjang yang timbul berbanding lurus dengan gaya tarik yang diberikan. Hal ini pertama kali diselidiki pada abad 17 oleh seorang arsitek berkebangsaan Inggris bernama Robert Hooke. Hooke menyelidiki hubungan antara gaya tarik yang diberikan pada sebuah pegas dengan pertambahan panjang pegas tersebut. Hooke menemukan bahwa pertambahan panjang pegas yang timbul berbanding lurus dengan gaya yang diberikan F x lebih jauh lagi, Hooke juga menemukan bahwa pertambahan panjang pegas sangat bergantung pada karakteristik dari pegas tersebut. Pegas yang mudah teregang seperti karet gelang akan mengalami pertambahan panjang yang besar meskipun gaya yang diberikan kecil.

Sebaliknya pegas yang sangat sulit teregang seperti pegas baja akan mengalami pertambahan panjang yang sedikit saja meskipun diberi gaya yang besar. Karakteristik yang dimiliki masing – masing pegas ini dinyatakan sebagai tetapan gaya yang kecil. Sebaliknya pegas yang sulit teregang seperti pegas baja memiliki tetapan gaya yang besar. Secara umum apa yang ditemukan Hooke bisa dinyatakan sebagai berikut ;

F    =          k   .   x

Keterangan :

F          =          gaya yang diberikan pada pegas ( N )

K         =          tetapan gaya pegas ( N/m )

X         =          pertambahan panjang pegas ( m )

Hal tersebut sesuai dengan hokum Hooke yaitu “ jika gaya tarik tidak melampaui batas elastisitas pegas, maka perubahan panjang pegas berbanding lurus dengan gaya tariknya”.

 Dengan kata lain kita dapat membagi hukum Hooke ini menjadi beberapa bagian, contohnya seperti ;

Ø  Hukum Hooke pada pegas

Misalnya kita tinjau pegas yang dipasang horisontal, di mana pada ujung pegas tersebut dikaitkan sebuah benda bermassa m. Massa benda kita abaikan, demikian juga dengan gaya gesekan, sehingga benda meluncur pada permukaan horisontal tanpa hambatan. Terlebih dahulu kita tetapkan arah positif ke kanan dan arah negatif ke kiri. Setiap pegas memiliki panjang alami, jika pada pegas tersebut tidak diberikan gaya. Pada kedaan ini, benda yang dikaitkan pada ujung pegas berada dalam posisi setimbang.

Untuk semakin memudahkan pemahaman Anda,sebaiknya dilakukan juga percobaan. Apabila benda ditarik ke kanan sejauh +x (pegas diregangkan), pegas akan memberikan gaya pemulih pada benda tersebut yang arahnya ke kiri sehingga benda kembali ke posisi setimbangnya .

Sebaliknya, jika benda ditarik ke kiri sejauh -x, pegas juga memberikan gaya pemulih untuk mengembalikan benda tersebut ke kanan sehingga benda kembali ke posisi setimbang.Besar gaya pemulih F ternyata berbanding lurus dengan simpangan x dari pegas yang direntangkan atau ditekan dari posisi setimbang (posisi setimbang ketika x = 0).

Persamaan ini sering dikenal sebagai persamaan pegas dan merupakan hukum Hooke. Hukum ini dicetuskan oleh Robert Hooke (1635-1703). k adalah konstanta dan x adalah simpangan. Tanda negatif menunjukkan bahwa gaya pemulih alias F mempunyai arah berlawanan dengan simpangan x. Ketika kita menarik pegas ke kanan maka x bernilai positif, tetapi arah F ke kiri (berlawanan arah dengan simpangan x). Sebaliknya jika pegas ditekan, x berarah ke kiri (negatif), sedangkan gaya F bekerja ke kanan. Jadi gaya F selalu bekeja berlawanan arah dengan arah simpangan x. k adalah konstanta pegas. Konstanta pegas berkaitan dengan elastisitas sebuah pegas.

Semakin besar konstanta pegas (semakin kaku sebuah pegas), semakin besar gaya yang diperlukan untuk menekan atau meregangkan pegas. Sebaliknya semakin elastis sebuah pegas (semakin kecil konstanta pegas), semakin kecil gaya yang diperlukan untuk meregangkan pegas. Untuk meregangkan pegas sejauh x, kita akan memberikan gaya luar pada pegas, yang besarnya sama dengan F = +kx. Hasil eksperimen menunjukkan bahwa x sebanding dengan gaya yang diberikan pada benda.

§  Hukum Hooke untuk Pegas yang bergerak secara vertical

Hukum Hooke adalah hukum atau ketentuan mengenai gaya dalam bidang ilmu fisika yang terjadi karena sifat elastisitas dari sebuah pir atau pegas. Besarnya gaya Hooke ini secara proporsional akan berbanding lurus dengan jarak pergerakan pegas dari posisi normalnya, atau lewat rumus matematis dapat digambarkan sebagai berikut:

F adalah gaya (dalam unit newton ), k adalah konstanta pegas (dalam newton per meter), x adalah jarak pergerakan pegas dari posisi normalnya (dalam unit meter).

Hukum Hooke menyatakan hubungan antara gaya F yang meregangkan pegas dan pertambahan panjang (X), didaerah yang ada dalam batas kelentingan pegas.

F = k.Δx

Atau : F = k (tetap) xk adalah suatu tetapan perbandingan yang disebut tetapan pegas yang nilainya berbeda untuk pegas yang berbeda. Tetapan pegas adalah gaya per satuan tambahan panjang. Satuannya dalam SI adalah N/m
HukumHooke.

Salah satu prinsip dasar dari analisa struktur adalah hukum Hooke yang menyatakan bahwa pada suatu struktur : hubungan tegangan (stress) dan regangan (strain) adalah proporsional atau hubungan beban (load) dan deformasi (deformations) adalah proporsional. Struktur yang mengikuti hukum Hooke dikatakan elastis linier dimana hubungan F dan y berupa garis lurus.

Ø  Hukum Hooke untuk benda non pegas

Hukum Hooke ternyata berlaku juga untuk semua benda padat, dari besi sampai tulang tetapi hanya sampai pada batas-batas tertentu. Pada benda bekerja gaya berat (berat = gaya gravitasi yang bekerja pada benda), yang besarnya = mg dan arahnya menuju ke bawah (tegak lurus permukaan bumi). Akibat adanya gaya berat, batang logam tersebut bertambah panjang sejauh (∆L). Jika besar pertambahan panjang (∆L) lebih kecil dibandingkan dengan panjang batang logam, hasil eksperimen membuktikan bahwa pertambahan panjang (∆L) sebanding dengan gaya berat yang bekerja pada benda.

Kita juga bisa menggantikan gaya berat dengan gaya tarik, seandainya pada ujung batang logam tersebut tidak digantungkan beban. Besarnya gaya yang diberikan pada benda memiliki batas-batas tertentu. Jika gaya sangat besar maka regangan benda sangat besar sehingga akhirnya benda patah.

Jika sebuah benda diberikan gaya maka hukum Hooke hanya berlaku sepanjang daerah elastis sampai pada titik yang menunjukkan batas hukum Hooke. Jika benda diberikan gaya hingga melewati batas hukum Hooke dan mencapai batas elastisitas, maka panjang benda akan kembali seperti semula jika gaya yang diberikan tidak melewati batas elastisitas.

Tapi hukum Hooke tidak berlaku pada daerah antara batas hukum Hooke dan batas elastisitas. Jika benda diberikan gaya yang sangat besar hingga melewati batas elastisitas, maka benda tersebut akan memasuki daerah plastis dan ketika gaya dihilangkan, panjang benda tidak akan kembali seperti semula; benda tersebut akan berubah bentuk secara tetap. Jika pertambahan panjang benda mencapai titik patah, maka benda tersebut akan patah.

Berdasarkan persamaan hukum Hooke di atas, pertambahan panjang (∆L) suatu benda bergantung pada besarnya gaya yang diberikan (F) dan materi penyusun dan dimensi benda (dinyatakan dalam konstanta k). Benda yang dibentuk oleh materi yang berbeda akan memiliki pertambahan panjang yang berbeda walaupun diberikan gaya yang sama, misalnya tulang dan besi. Demikian juga, walaupun sebuah benda terbuat dari materi yang sama (besi, misalnya), tetapi memiliki panjang dan luas penampang yang berbeda maka benda tersebut akan mengalami pertambahan panjang yang berbeda sekalipun diberikan gaya yang sama. Jika kita membandingkan batang yang terbuat dari materi yang sama tetapi memiliki panjang dan luas penampang yang berbeda, ketika diberikan gaya yang sama, besar pertambahan panjang sebanding dengan panjang benda mula-mula dan berbanding terbalik dengan luas penampang. Makin panjang suatu benda, makin besar besar pertambahan panjangnya, sebaliknya semakin tebal benda, semakin kecil pertambahan panjangnya.

Persamaan ini menyatakan hubungan antara pertambahan panjang (∆L) dengan gaya (F) dan konstanta (k). Materi penyusun dan dimensi benda dinyatakan dalam konstanta k. Untuk materi penyusun yang sama, besar pertambahan panjang (delta L) sebanding dengan panjang benda mula-mula (L_o) dan berbanding terbalik dengan luas penampang (A).

b.    Energi Potensial Pegas

Menurut hukum Hooke, untuk meregangkan pegas sepanjang  diperlukan gaya sebesar . Ketika teregang, pegas memiliki energi potensial, jika gaya tarik  dilepas, pegas akan melakukan usaha sebesar 

           

Grafik tersebut menunjukan hubungan antara besar gaya yang diberikan pada pegas dan pertambahan panjang pegas. Energi potesial pegas ( ^Ep ) dapat diperoleh dengan menghitung luas daerah dibawah kurva, jadi sebagai berikut ;

Energi potensial ini juga dapat dicontohkan apabila seseorang merengangkan sepotong pegas berarti memberikan energi kepada pegas tersebut. Energi ini akan disimpan atau dimiliki oleh pegas yang sudsh meregang sebagai regangan. Bila batas elastisitas tidak dilampaui, energi ini akan dilepaskan kembali dengan sempurna, misalnya karet yang diregangkan dapat melemparkan batu ( pada ketapel ). Kejadian ini sama halnya seperti mengangkat sebuah benda dari permukaan bumi ke ketinggian tertentu, pada ketinggian tertentu tersebut benda sudah memiliki energi potensial. Oleh karena itu, energi yang dimiliki pegas dalam keadaan teregang disebut juga energi potensial pegas.

c.     Rangkaian Pegas

Suatu rangakaian pegas pada dasarnya tersusun dari susunan seri dan / atau susunan paralel. Maka daripada itu, dibawah ini akan dijelaskan lebih lanjut tentang rangkaian pegas seri maupun rangkaian pegas paralel.

v  Rangkaian Pegas Seri

Rangkaian ini disusun secara seri. Sebagai contohnya, misalkan kita menyambungkan dua pegas dengan konstanta . Sebelum diberi beban, panjang masing – masing pegas adalah , ketika diberikan beban seberat, maka panjang pegas atas bertambah sebesar dan panjang pegas bawah bertambah ssebesar . Berarti pertambahan panjang total pegas
gaya yang bekerja pada pegas atas dan pegas bawah sama besar. Gaya tersebut sama dengan gaya yang diberikan oleh beban yaitu .

Berarti bisa dituliskan rumus – rumus seperti dibawah ini:

Dan jika  adalah konstanta pengganti untuk susunan dua pegas diatas, maka berlaku  atau  dengan menghilangkan w pada kedua ruas, maka kita peroleh konstanta pegas pengganti yang memenuhi persamaan:

Dibawah ini adalah gambar dari rangkaian pegas susunan seri:

v  Rangkaian pegas Paralel

Rangkaian ini disusun secara parallel. Sebagai contohnya, misalkan kita memiliki dua pegas yang tersusun secara parallel, sebelum mendapat beban, panjang masing – masing pegas adalah . Ketika diberi beban, kedua pegas mengalami pertambahan panjang yang sama besar, yaitu . Gaya  yang dihasilkan oleh beban terbagi menjadi dua pegas, masing – masing besarnya   dan .

Maka daripada itu, berdasarkan hukum Hooke diperoleh rumus, anatara lain :

Jika  adalah konstanta efektif pegas, maka akan menjadi rumus seperti berikut :

Gaya ke bawah dan total gaya ke atas pada beban harus sama sehingga menjadi  atau . Dengan menghilangkan  pada kedua ruas diperoleh rumus seperti ;

Berikut adalah gambar dari rangkaian pegas parallel, yaitu :

B.  Tegangan / Stress

Kekuatan suatu bahan berhubungan dengan besar gaya yang mampu ditahan oleh bahan itu sampai tepat pecah atau patah. Kelakuan atau ketegaran, hubungan dengan ketahanan bahan itu terhadap suatu gangguan pada perubahan bentuk atau ukuran atau kedua – keduanya.

Bahan yang kaku tidak mudah bengkok, berarti daya lenturnya kecil atau kurang fleksibel. Kelenturan suatu bahan hubungan dengan ketahanan terhadap pukulan, tekanan, bengkokkan, juga tahan bila digulung atau direngang menjadi bentuk – bentuk yang kita kehendaki, bahan yang keras adalah bahan yang tidak mudah rapuh ( tidak mudah retak ).

Untuk pengujian sifat – sifat diatas, dalam bidang teknologi dibuat alat – alat khusus, sehingga dapat membandingkan sifat mekanis bahan tertentu dengan teliti. Untuk membandingkn sifat mekanis suatu bahan digunakan istilah tegangan atau stess dan regangan atau strain.

Begitulah adalah awal dari adanya tegangan dan regangan. Disini akan dijelaskan tentang tegangan terlebih dahulu. Tegangan adalah gaya per satuan luas penampang, satuan tegangan adalah N/m². Atau juga ada yang memberikan pendapat bahwa tegangan adalah tahanan material terhadap gaya atau beban. Tegangan diukur dalam bentuk gaya per luas.

Rumus dari tegangan sendiri dapat dituliskan sebagai berikut :

Tegangan (stress)         =            gaya

                                                            Luas penampang

Tegangan normal adalah tegangan yang tegak lurus terhadap permukaan dimana tegangan tersebut diterapkan. Tegangan normal berupa tarikan atau tekanan. Satuan SI untuk tegangan normal adalah Newton per meter kuadrat (N/m2) atau Pascal (Pa). Tegangan dihasilkan dari gaya seperti : tarikan, tekanan atau geseran yang menarik, mendorong, melintir, memotong atau mengubah bentuk potongan bahan dengan berbagai cara. Perubahan bentuk yang terjadi sering

sangat kecil dan hanya testing machine adalah contoh peralatan yang dapat digunakan untuk mendeteksi perubahan bentuk yang kecil dari bahan yang dikenai beban. Cara lain untuk mendefinisikan tegangan adalah dengan menyatakan bahwa tegangan adalah jumlah gaya dibagi luas permukaan dimana gaya tersebut bereaksi.

Tegangan normal dianggap positif jika menimbulkan suatu tarikan (tensile) dan dianggap negatif jika menimbulkan penekanan (compression).Tegangan normal (σ) adalah tegangan yang bekerja tegak lurus terhadap bidang luas (Timoshenko dan Goodier,1986) :

Tegangan adalah besaran pengukuran intensitas gaya atau reaksi dalam yang timbul persatuan luas. Tegangan menurut Marciniak dkk. (2002) dibedakan menjadi dua yaitu, Engineering stress dan true stress. Engineering stress dapat dirumuskan sebagai berikut :

A0 = Luas permukaan awal (mm2) Sedangkan True stress adalah tegangan hasil pengukuran intensitas gaya reaksi yang dibagi dengan luas permukaan sebenarnya (actual). True stress dapat dihitung.

Untuk satuan gaya F yang bekerja pada bahan dengan luas penampang A, adalah sebagai beriku :

σ  = 

C. Regangan / Strain

Sama seperti yang telah dijelaskan pada tegangan sebelumnya, bahwa regangan juga memiliki kisah yang sama dengan tegangan. Sebelumnya akan dijelaskan apa yang dimasksud dengan regangan atau strain. Regangan adalah perbandingan antara pertambahan panjang suatu batang terhadap panjang awal mulanya bila batang itu diberi gaya.

Selain itu adapula yang mendefinisikan regangan sebagai perubahan ukuran atau bentuk material dari panjang awal sebagai hasil dari gaya yang menarik atau yang menekan pada material. Apabila suatu spesimen struktur material diikat pada jepitan mesin penguji dan beban serta pertambahan panjang spesifikasi diamati serempak, maka dapat digambarkan pengamatan pada grafik dimana ordinat menyatakan beban dan absis menyatakan pertambahan panjang.

Batasan sifat elastis perbandingan regangan dan tegangan akan linier akan berakhir sampai pada titik mulur.Hubungan tegangan dan regangan tidak lagi linier pada saat material mencapai pada batasan fase sifat plastis. Menurut Marciniak dkk. (2002) regangan dibedakan menjadi dua, yaitu : engineering strain dan true strain.

Engineering strain adalah regangan yang dihitung menurut dimensi benda aslinya (panjang awal). Sehingga untuk mengetahui besarnya regangan yang terjadi adalah dengan membagi perpanjangan dengan panjang semula.

Regangan adalah pertambahan panjang untuk tiap satu satuan panjang atau dapat dituliskan sebagai berikut :

Regangan (strain )       =          pertambahan panjang

Panjang semula

Jika pertambahan panjang ∆ℓ dan panjang mula – mula L, maka regangannya adalah sebagai berikut ;

e    =    ∆ℓ

ℓ

Ø  Kurva Tegangan Regangan

Menurut Marciniak dkk. (2002) ada beberapa hal yang harus diketahui dalam hal Tegangan Regangan pada mekanis bahan yaitu :

§  Kurva True stress and True strain

Proses pengepresan (stamping) atau sheet metal forming menggunakan sifat plastis (plasticity) dari material logam yang akan menyebabkan bahan pelat menjadi bentuk baru apabila diregang melebihi batas elastis (elasticity) sehingga deformasinya permanen.

Hal yang mendasar dari proses pengepresan adalah memanfaatkan sifat plastisitas dari material saat pelat diberi gaya. Dengan memanfaatkan tahap plastisitas tersebut maka proses pembentukan dapat dicapai, dimana bentuk pela t akan sesuai dengan bentuk cetakan yang diinginkan (Rao, 1987).

Konsep ini terdapat pada kurva tegangan-regangan sebenarnya (true strain-stress curve). Daerahplastis terdapat pada garis kurva diatas titik mulur batas tegangan dimana material tidak akan kembali ke bentuk semula apabila beban dilepas, dan akan mengalami deformasi tetap yang disebut permanent set

1.      Temperatur

Faktor temperatur sangat mempengaruhi bentuk kurva Tegangan - Regangan. Secara umum hubungan dari temperatur terhadap material biasanya semakin meningkatnya temperatur material akan meningkatkan keuletan (ductility) dan ketangguhan (toughness) material, menurunkan modulus elastisitas, titik luluh.

2.      Strain rate

Strain rate adalah laju deformasi benda ketika mendapat beban. Dalam proses manufaktur, benda kerja akan meregang terdeformasi sesuai dengan kecepatan beban yang diterimanya. Strain rate merupakan fungsi perubahan geometri benda / spesimennya. Efek dari strain rate pada flow stress adalah semakin tinggi strain rate, makin tinggi flow stress. Efek ini adalah kebalikan dari efek temperature pada flow stress.

D.  Modulus Elastisitas / Young

Ada yang mengatakan kalau modulus elastisitas atau young ini adalah perbandingan antara tegangan dan regangan. Selain itu adapula yang mengatakan dari kedua persamaan dalam regangan maupun tegangan, dapat diambil kesimpulan bahwa bila ingin mencari modulus elastisitas atau young ini dapat dicari menggunakan persamaan atara regangan dan tegangan tersebut. Satuan untuk mdulus elastisitas adalah N/m².

Stress, dengan simbol , didefinisikan sebagai gaya per satuan luas:

Keterangan ( dalam SI ) :

                      =          gaya

                      =          luas ( m²)

                      =          satuan adalah

Strain atau regangan dengan simbol e didefinisikan sebagai pertambahan panjang   dibagi panjang mula-mula ,

Dengan demikian, modulus Young  dapat dinyatakan dengan sebagai berikut :

Dengan  adalah panjang mula-mula  dan  adalah perubahan panjang . Adalah perbandingan Tegangan (stress) dan Regangan (strain)

E.   Contoh Soal

1)      Tali nilon berdiameter 2 mm ditarik dengan gaya 100 Newton. Tentukan tegangan tali!.

§  Diketahui        :

Gaya tarik (F)              = 100 Newton

Diameter tali (d)          = 2 mm            = 0,002 meter

Jari – jari tali (r)           = 1 mm            = 0,001 meter

§  Ditanya

Tegangan tali   = ?

§  Jawab  :

Luas penampang tali   :          

Tegangan tali               :

2)      Seutas tali mempunyai panjang mula – mula 100cm ditarik hingga tali tersebut mengalami pertambahan panjang 2 mm. Tentukan regangan tali!

§  Diketahui        :

§  Ditanya           :

Regangan tali  = ?

§  Jawab  :

3)      Suatu tali berdiameter 4 mm dan mempunyai panjang awal 2 meter ditarik dengan gaya 200 Newton hingga panjang tali berubah menjadi 2,02 meter . Hitung tegangan tali, regangan tali, dan modulus elastisitas young!.

§  Diketahui        :

§  Ditanya           :

a)      Tegangan Tali              = ?

b)      Regangan Tali             = ?

c)      Modulus Young          = ?

§  Jawab              :

a)      Tegangan Tali  :

b)      Regangan Tali :

c)      Modulus Young          :

4)      Seutas tali nilon berdiameter 1 cm dan panjang awal 2 meter mengalami tarikan 200 Newton. Hitung pertambahan panjang senar tersebut!. E nilon = 5 x 10⁹ N/m²

§  Diketahui        :

§  Ditanya           :

Pertambahan panjang  = ?

§  Jawab              :

Rumus modulus young :

Pertambahan panjang tali nilon :

Jadi, pertambahan panjang tali nilon adalah 0,26 milimeter.

5)      Tiang beton mempunyai tinggi 5 meter dan luas penampang lintang 3 m³ menopang beban bermassa 30.000 kg. hitunglah tegangan tiang, regangan tiang, perubahan tinggu tiang!. Gunakan g = 10 m/s². Modulus elastis young beton = 20 x 10⁹ N/m².

§  Diketahui        :

§  Ditanya           :

a.         Tegangan tiang                        = ?

b.         Regangan tiang                       = ?

c.         Perubahan tinggi tiang            = ?

§  Jawab              :

a.         Tegangan tiang            :

b.         Regangan tiang           :

c.         Perubahan tinggi tiang            :

Jadi, tiang bertambah pendek 0,0025 mm.

SUHU

            Suhu adalah besaran yang menyatakan derajat panas dingin suatu benda dan alat yang digunakan untuk mengukur suhu adalah thermometer. Dalam kehidupan sehari-hari masyarakat untuk mengukur suhu cenderung menggunakan indera peraba. Tetapi dengan adanya perkembangan teknologi maka diciptakanlah termometer untuk mengukur suhu dengan valid.

Pada abad 17 terdapat 30 jenis skala yang membuat para ilmuan kebingungan. Hal ini memberikan inspirasi pada Anders Celcius (1701 – 1744) sehingga pada tahun 1742 dia memperkenalkan skala yang digunakan sebagai pedoman pengukuran suhu. Skala ini diberinama sesuai dengan namanya yaitu Skala Celcius.

Apabila benda didinginkan terus maka suhunya akan semakin dingin dan partikelnya akan berhenti bergerak, kondisi ini disebut kondisi nol mutlak. Skala Celcius tidak bisa menjawab masalah ini maka Lord Kelvin (1842 – 1907) menawarkan skala baru yang diberi nama Kelvin. Skala kelvin dimulai dari 273 K ketika air membeku dan 373 K ketika air mendidih. Sehingga nol mutlak sama dengan 0 K atau -273°C. Selain skala tersebut ada juga skala Reamur dan Fahrenheit. Untuk skala Reamur air membeku pada suhu 0°R dan mendidih pada suhu 80°R sedangkan pada skala Fahrenheit air membuka pada suhu 32°F dan mendidih pada suhu 212°F.

Selain itu, suhu diartikan sebagai besaran termodinamika yang menunjukkan besarnya energi kinetik translasi rata-rata molekul dalam sistem gas ; suhu diukur dengan menggunakan termometer (kamus kimia : balai putaka : 2002).

Suhu menunjukkan derajat panas benda. Mudahnya, semakin tinggi suhu suatu benda, semakin panas benda tersebut. Secara mikroskopis. Suhu menunjukkan energi yang dimiliki oleh suatu benda. Setiap atom  dalam suatu benda masing-masing bergerak, baik itu dalam bentuk perpindahan maupun gerakan di tempat berupa getaran. Makin tingginya energi atom-atom penyusun benda, makin tinggi suhu benda tersebut.

Suhu juga biasanya didefinisikan sebagai ukuran atau derajat panas dinginnya suatu benda atau sistem. Benda yang panas memiliki suhu yang tinggi, sedangkan benda yang dingin memiliki suhu yang rendah. Pada hakikatnya, suhu adalah ukuran energi kinetik rata-rata yang dimiliki oleh molekul - molekul sebuah benda.

Sebagai contoh, ketika kita memanaskan sebuah besi atau alumanium maka akan terjadi proses pemuaian pada besi tersebut. Ketika kita mendinginkan air sampai pada suhu dibawah nol derajat maka air tersebut akan membeku. Sifat-sifat benda yang bisa berubah akibat adanya perubahan suhu disebut sifat termometrik.

Selain itu, dari beberapa sumber suhu dikatakan sebagai ukuran relative panas dinginnya suatu benda atau sistem.  Alat ukur untuk mengukur perubahan suhu yaitu thermometer. Ada beberapa jenis thermometer yang memiliki skala bawah dengan acuan es pada saat membeku dan skala atas dengan acuan air mendidih. Acuan ini ditentukan pada tekanan 1 atm = 76 cm Hg.

Seperti pada gambar dibawah ini        :

Dari gambar  diatas, rentang skala Celcius adalah 100 skala, Reamur 80 skala, Fahrenheit 180 skala dan Kelvin 100 skala. Jika skala C, R, F dan K kita bandingkan melalui pembagian skalanya akan didapat : C : R : F : K adalah 100 : 80 : 180 : 100 dan disederhanakan menjadi C : R : F : K adalah 5 : 4 : 9 : 5. Kita mendapatkan hubungan antara C, R, F dan K sebagai berikut :

Agar dapat lebih memahami, lihatlah beberapa contoh soal dari suhu, dibawah ini :

1.      Sejumlah air didalam teko dpanaskan hingga suhunya 50° C. Hitunglah suhu air tersebut jika diukur dalam skala Reamur, Fahrenheit dan Kelvin.

Jawab :

50° C = 4/5 X 50° R = 40° R

= 9/5 X 50° + 32° F = 122° F

= 50° + 273 K = 323 K

Selain itu dari gambar yang diatas dapat diberitahukan cara untuk mengubah dari skala celcius ke skala Fahrenheit, seperti yang dibawah ini :

Karena memang dalam mengubah skala celcius ke skala Fahrenheit memang memberikan kesulitan atau terkadang memang menyulitkan untuk mencarinya.

Suhu juga terkadang dikatakan sebagai temperature. Alat untuk mengatur temperature atau suhu adalah termometer. Dengan berkembangnya zaman termometer menjadi lebih banyak jenisnya, begitu pula fungsi dari termometer yang lebih baik lagi.

A.    Termometer

Termometer pada zaman sekarang memiliki fungsi yang banyak dan mampu untuk membantu manusia untuk mengukur suhu dan lain-lain. Selain itu bentuk – bentuk dari termometer sendiri sudah mulai beragam. Ini bertujuan untuk membantu meningkatkan peminat untuk membeli termometer ini. Berikut adalah macam-macam dari termometer, antara lain :

a.       Termometer Bulb atau Raksa

Termometer ini adalah termometer yang sering digunakan, ada ciri-ciri dari termometer ini yaitu antara lain ;

• Menggunakan gelembung besar (bulb) pada ujung bawah tempat menampung cairan, dan tabung sempit (lubang kapiler) untuk menekankan perubahan volume atau tempat pemuaian cairan.
• Berdasar pada prinsip suatu cairan volumenya berubah sesuai temperatur. Cairan yang diisikan kadang-kadang alkohol yang berwarna tetapi juga bisa cairan metalik yang disebut merkuri, keduanya memuai bila dipanaskan dan menyusut bila didinginkan
• Ada nomor disepanjang tuba gelas yang menjadi tanda besaran temperatur.
• Keutungan termometer bulb antara lain tidak memerlukan alat bantu, relatif murah, tidak mudah terkontaminasi bahan kimia sehingga cocok untuk laboratorium kimia, dan konduktivitas panas rendah.
• Kelemahan termometer bulb antara lain mudah pecah, mudah terkontaminasi cairan (alkohol atau merkuri), kontaminasi gelas/kaca, dan prosedur pengukuran yang rumit (pencelupan).
• Penggunaan thermometer bulb harus melindungi bulb dari benturan dan menghindari pengukuran yang melebihi skala termometer.

Selain itu, termometer ini juga memiliki kekurangan yaitu antara lain :

·         Harga dari raksa ataupun alkohol yang digunakan didalam mahal.

·         Harga dari termometer ini juga sedikit lebih mahal dari pada termometer yang didalamnya berisi air.

·         time constant effect, waktu yang diperlukan konduksi panas dari luar ke tengah batang kapiler.

·          thermal capacity effect, apabila massa yang diukur relatif kecil, akan banyak panas yang diserap oleh termometer dan mengurangi suhu sebenarnya

·         cairan (alkohol, merkuri) yang terputus

·         kesalahan pembacaan

·         kesalahan pencelupan

b.      Termometer Spring

      Termometer ini mungkin sangat jarang digunakan dalam kehidupan sehari – hari, karena biasanya dikehidupan sehari – hari kita lebih biasa menggunakan termometer bulb. Sama seperti termometer bulb, termometer spring juga mempunyai beberapa ciri – ciri, yaitu antara lain :

• Menggunakan sebuah coil (pelat pipih) yang terbuat dari logam yang sensitif terhadap panas, pada ujung spring terdapat pointer.
• Bila udara panas, coil (logam) mengembang sehingga pointer bergerak naik, sedangkan bila udara dingin logam mengkerut pointer bergerak turun. Secara umum termometer ini paling rendah keakuratannya di banding termometer bulb dan digital.
• Penggunaan termometer spring harus selalu melindungi pipa kapiler dan ujung sensor (probe) terhadap benturan/ gesekan. Selain itu, pemakaiannya tidak boleh melebihi suhu skala dan harus diletakkan di tempat yang tidak terpengaruh getaran.

c.       Termometer Inframerah

Sama seperti termometer spring yang jarang dalam kehidupan sehari – hari, termometer infra merah juga sangat jarang digunakan dalam kehidupan sehari – hari. Tetapi biasanya termometer ini digunakan didalam kedokteran atau dirumah sakit, biasanya digunakan untuk mengetahui suhu atau temperature dengan cara yang lebih mudah dan lebih cepat.

Termometer inframerah ini digunakan untuk mendeteksi termperatur secara optic selama objek diamati, radiasi energi inframerah diukur dan disajikan sebagai suhu dengan mengetahui jumlah energi inframerah yang dipancarkan oleh objek dan emisinya sehingga tempertemperature dapat dibedakan. Maka dari pada itu, termometer ini lebih sering digunakan dalam kedokteran atau dirumah sakit daripada dikehidupan sehari – hari bermasyarakat. Karena selain dari harganya yang mahal, termometer ini juga jarang atau sulit didapatkan.

d.      Termometer Digital

            Termometer digital ini sangat mudah untuk digunakan, juga mulai banyak digunakan dalam kehidupan sehari – hari. Termometer ini sangat bisa untuk mempersingkat dalam mengukur suhu, baik suhu badan ataupun lainnya.

B.     Kalibrasi Termometer

Setelah diatas telah diberitahukan tentang alat ukur suhu, dan macam – macamnya, sekarang kita akan membahas tentang kalibrasi termometer. Kalibrasi termometer adalah kegiatan menetapkan skala sebuah termometer yang belum memiliki skala.

Suhu merupakan besaran pokok dalam fisika. Oleh karena itu, seperti besaran – besaran pokok yang lain suhu mempunyai standar. Standar untuk suhu disebut titik tetap. Ada dua titik tetap, yaitu titik tetap bawah dan titik tetap atas.

Pada kenyataannya, suhu yang diketahui tetapi ialah suhu pada waktu benda mengalami perubahan wujud. Untuk pengukuran suhu yang tidak begitu tinggi digunakan titik lebur es sebagai ttitik tetap bawah dan titik didih air sebagai titik tetap atas.

Titik tetap bawah adalah titik lebur es murni dan ditandai dengan angka 0. Alasan menyebut es murni adalah karena ketidak murnian es akan menyebabkan titik lebur es lebih rendah. Sedangkan titik tetap atas adalah suhu uap diatas air yang sedang mendidih pada tekanan 1 atm dan ditandai dengan angka 100. Alasan menyebut tekanan 1 atm adalah karena titik didih air sangat dipengaruhi oleh tekanan udara diatas permukaan air. Suhu air mendidih tidak digunakan sebagai titik tetap atas karena ketidak murnian akan menyebabkan titik didih air lebih tinggi, sedangkan suhu uap tidak terpengaruh.

C.     Skala

Ø  Skala Kelvin

Suhu adalah ukuran energi kinetic rata – rata partikel dalam suatu benda. Kelajuan gerak partikel secara bertahap berkurang dengan turunnya suhu. Saat suhu mencapai kira – kira -273,16⁰C, gerak partikel berhenti, sehingga tidak ada lagi panas yang dapat diukur. Jadi, pada suhu ini energi kinetic partikel sama dengan nol. Suhu inilah yang merupakan suhu paling rendah yang mungkin dapat dimiliki oleh suatu benda. Suhu ini disebut nol mutlak.

Ilmuan pertama yang mengusulkan pengukuran suhu berdasarkan suhu nol mutlak adalah seorang ahli fisika Inggris, Lord Kelvin (1824-1907). Skala suhu yang ditetapkannya disebut skala kelvin. Suhu – suhu pada skala kelvin diukur dalam derajat yang disebut kelvin, diberi lambing K (bukan ⁰K).

Hubungan antara skala Celcius dengan skala Kelvin dapat dinyatakan dengan persamaan berikut :

T = t + 273

Kalangan ilmuwan lebih menyenangi skala Kelvin karena skala ini tidak dikalibrasi berdasarkan titik lebur dan titik didih air, tetapi dikalibrasi berdasarkan batasan energi yang dimiliki oleh benda tersebut. Oleh karena itu, ilmuwan menetapkan satuan SI untuk suhu adalah Kelvin. Skala Kelvin disebut juga skala termodinamik  atau skala mutlak.

Ø  Skala Fahrenheit

Pada skala Fahrenheit, titik lebur es diberi angka 32 dan titik didih air diberi angka 212. Skala ini dinamakan skala Fahrenheit sesuai dengan nama ilmuwan yang membuatnya pertama kali, yaitu Gabriel Fahrenheit (1686-1736)

Hubungan anatara skala Fahrenheit dan skala Celcius dapat ditunjukan seperti dibawah ini:

∆F : ∆C  = 180 : 100

∆F : ∆C     =     9    :    5

( t_F – 32 )  :  t_C  =  9  :  5

            Berikut adalah satuan Skala Suhu :

Dari	ke
	Celsius	Reamur	Fahrenheit	Kelvin
Celsius
Reamur
Fahrenheit
Kelvin

	Celsius	Reamur	Fahrenheit	Kelvin
Titik didih	100	80	212	373
Titik beku	0	0	32	273
Selisih kedua titik	100	80	180	100
perbandingan	5	4	9	5

KALOR

            Dalam arti sempit kalor  adalah energi yang berpindah. Dengan demikian dapat diartikan secara luar bahwa kalor sebagai energi yang berpindah dari benda yang suhunya lebih tinggi ke benda yang suhunya lebih rendah ketika kedua benda bersentuhan.

            Selain itu ada yang mendefinisikan kalor sebagai energi panas yang dimiliki oleh suatu zat. Secara umum untuk mendeteksi adanya kalor yang dimiliki oleh suatu benda yaitu dengan mengukur suhu benda tersebut. Jika suhunya tinggi maka kalor yang dikandung oleh benda sangat besar, begitu juga sebaliknya jika suhunya rendah maka kalor yang dikandung sedikit.

            Ada yang mendefinisikan kalor sebagai bentuk energi yang berpindah dari suhu tinggi ke suhu rendah. Jika suatu benda menerima atau melepaskan kalor maka suhu benda itu akan naik atau turun atau wujud benda akan berubah.

            Dan dengan kata lain kalor yaitu bentuk energi yang berpindah dari benda yang suhunya lebih tinggi ke benda yang suhunya lebih rendah ketika benda bersentuhan. Setelah mengetahui tentang definisi kalor, kini akan dibahas tentang beberapa hal yang menyangkut dengan kalor.

            Satuan kalor menurut SI atau MKS yaitu Joule ( J ) sedangkan menurut CGS yaitu erg. Adapun untuk jenis makanan yaitu kalori. Yang dimaksud dengan kalori, sama dengan 1 kalori adalah kalor yang dibutuhkan untuk menaikan suhu 1 gram air sebesar 1⁰C. 1 kalori sama dengan 4,2 Joule atau 1 Joule atau sama dengan 0,24 kalori.

            Selain itu didalam kalor ada yang disebut tata kalor mekanik yaitu penyetaraan satuan energi kalor dengan energi mekanik. Adapula kapasitas kalor (C), yaitu banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan 1 gram atau 1 kg zat suhunya 1⁰C (satuan kalori/⁰C). Ada pula kalor jenis (c), yaitu banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan 1 gram atau 1 kg zat sebesar 1⁰C (satuan kalori/ gram. ⁰C atau kkal/kg ⁰C). 1 kkal (kilokalori) sama dengan 1000 kal (kalori) sama dengan 4200 Joule sama dengan 4,2 kj (kilojoule).

Kalor dapat  menaikkan atau menurunkan  suhu.Semakin besar kenaikan suhu maka kalor yang diterima semakin banyak. Semakin kecil kenaikan suhu maka kalor yang diterima semakin sedikit. Maka hubungan kalor (Q) berbanding lurus atau sebanding dengan kenaikan suhu (∆ T) jika massa  (m) dan kalor jenis zat (c) tetap.

Semakin besar massa zat (m) maka kalor (Q) yang diterima semakin banyak. Semakin kecil massa zat (m) maka kalor (Q) yang diterima semakin sedikit. Maka hubungan kalor (Q) berbanding lurus atau sebanding dengan massa zat (m) jika kenaikan suhu (∆ T) dan kalor jenis zat (c) tetap.

Semakin besar kalor jenis zat (c) maka kalor (Q) yang diterima semakin banyak. Semakin kecil kalor jenis zat (c) maka kalor (Q) yang diterima semakin sedikit. Maka hubungan kalor (Q) berbanding lurus atau sebanding dengan kalor jenis zat (c)  jika kenaikan suhu (∆ T) dan massa zat (m) tetap.

1.   Asas Black

Menurut asas Black apabila ada dua benda yang suhunya berbeda kemudian disatukan atau dicampur maka akan terjadi aliran kalor dari benda yang bersuhu tinggi menuju benda yang bersuhu rendah. Aliran ini akan berhenti sampai terjadi keseimbangan disini (suhu kedua benda sama). Secara matematis dapat dirumuskan :

Q lepas = Q terima

m x c x Δt = m x c x Δt

Catatan            :

Kalor jenis suatu benda tidak tergantung dari massa benda tetapi tergantung pada sifat dan jenis benda tersebut. Pada setiap penyelesaian soal Asas Black, lebih mudah jika dibuat diagram alirnya.

Kalor dapat dibagi menjadi 2 jenis, yaitu antara lain sebagai berikut :

·         Kalor yang digunakan untuk menaikkan suhu

·         Kalor yang digunakan untuk mengubah wujud (kalor laten), persamaan yang digunakan dalam kalor late nada dua macam Q =m.U dan Q = m.L. Dengan U adalah kalor uap (J/kg) dan L adalah kalor lebur (J/kg).

Maka daripada itu, dari keterangan – keterangan diatas dapat disimpulkan kalau bunyi dari Asas Black juga dapat dikatan seperti dibawah ini :

“Jumlah kalor yang dilepas oleh materi yang bersuhu lebih tinggi akan sama dengan jumlah kalor yang diterima oleh materi yang suhunya lebih rendah” bisa juga disederhanakan Kalor yang dilepas akan sama dengan kalor yang diterima. (asas black)

Bisa seperti pada gambar dibawah ini, bila diturunkan dari grafik dan rumus dari kalor itu sendiri, yaitu :

Contoh Soal Asas Black

Kita pakai contoh soal yang sangat sederhana, perhatikan gambar di bawah jika volume air di gelas B adalah setengah dari volume di gelas A, maka berapa suhu campurannya di gelas C?

            Jawab :

Q lepas = Q terima
m₂ c₂ (t_2-t_a) = m₁c₁ (t_a-t₁)
m = volume x masa jenis = V.ρ
Vb.ρ c₂(t_2-t_a) = Va.ρ c₂(t_a-t₁₎ (karena sama-sama air, masa jenis dan kalor jenis bisa dicoret)
Vb. (t_2-t_a) = Va. (t_a-t₁₎
1/2 Va.(t_2-t_a) = Va. (t_a-t₁₎
1/2 (40-t_a) = (t_a-25)
40-t_a = 2t_a-50
40+50 = 2t_a+t_a
90 = 3 t_a
t_a = 30 derajat

2.   Perbedaan Antara Suhu, Kalor dan Energi Dalam

Karena kalor timbul akibat perbedaan suhu, maka sampai dengan pertengahan abad 18, istilah kalor dan suhu memiliki arti yang sama. Joseph Black pada tahun 1760 merupakan orang pertama yang menyatakan perbedaan antara suhu dan kalor.

Suhu adalah derajat anas atau dinginnya suatu benda yang diukur oleh termometer, sedangkan kalor adalah sesuatu yang mengalir dri benda panas ke benda lebih dingin untuk menyamakan suhunya.

Sedangkan dalam fisika, istilah “kalor” selalu mengacu pada energi ang berpindah dari satu enda ke benda lainnya karena perbedaan suhu. Begitu proses perpindahan energi ini berhenti maka kalor tidak lagi memiliki arti. Jadi, kalor bukanlah jah energi yang dikandung dalam suatu nda. Karena itu, tidaklah tepat menyatakan bahwa suatu benda mengandung kalor.

Secara sederhana kita dapat menyatakan beda anatara suhu, kalor, dan energi dalam sebagai berikut. Suhu mempresentasikan energi kinetik satu molekul zat. Energi dalam adalah ukuran energi seluruh molekul dalam zat. Sedangkan kalor adalah perpindahan sebagian energi dalam dari suatu zat ke zat lain karena adanya perbedaan suhu.

3.    Teori Kalorik dan Teori Kinetik

Para ilmuwan menganggap bahwa kalor adalah sejenis zat alir (disebut kalorik) yang terkandung dalam setiap benda dan tidak dapat dilihat oleh mata manusia. Teori ini disebut teori kalorik dan pertama kali diperkenalkan oleh Antonie Laurent Lavoiser (1743-1794), ahli kimia berkebangsaan Perancis. Berdasarkan teori ini, satuan kalor mula – mula diberi nama kalori (disingkat kal, menggunakan huruf kecil0. Kandungan energi dalam makanan sering dinyatakan dalam kalori (ditulis dengan huruf besar K) yang berarti kilokalori (disingkat kkal).

Teori kalorik menyatakan bahwa benda yang suhunya tinggi mengandung lebih banyak kalorik daripada benda yang suhunya rendah. Ketika kedua benda disentuhkan, benda kaya kalorik kehilangan sebagian kaloriknya yang diberikan kepada benda miskin kalorik sampai kedua benda mencapai suhu yang sama.

Teori kalorik dapat menjelaskan pemuaian benda ketika dipanaskan dan proses hantaran kalor dalam sebuah kalorimeter dengan memuaskan. Dan semua bentuk energi adalah ekivalen (setara), dan ketika sejumlah energi hilang, proses selalu disertai dengan munculnya sejumlah energi yang sama dalam bentuk lainnya. Ini mengarah pada kesimpulan bahwa total jumlah energi dijaga tetap yang disebut prinsip kekekalan energi.

Dalam benda yang panas, partikel – partikel bergerak lebih cepat, dank arena itu memiliki energi yang lebih besar daripada partikel – partikel dalam benda yang lebih dingin, teori ini disebut dengan teori kinetik.

4.   Kapasitas Kalor

Kalor jenis adalah sifat khas suatu zat yang menunjukkan kemampuannya untuk menyerap kalor. Zat yang kalor jenisnya tinggi mampu menyerap lebih banyak kalor untuk menaikkan suhu yang rendah. Zat – zat seperti ini dimanfaatkan sebagai tempat untuk menyimpan energi termal.

Kata kapasitas dapat memberikan pengertian yang menyesatkan karena kata tersebut menyatakan “banyak kalor yang daoat dimiliki oleh sebuah benda” yang dalam fisika tidak memiliki arti. Yang sebenarnya diartikan oleh kata tersebut adalah banyak energi yang  harus diberikan dalam bentuk kalor untuk menaikkan suhu suatu benda sebesar satu derajat.

Dapat ditulis sebagai persamaan berikut :

mc =    Q

            ∆T

Jka kapasitas kalor diberi lambang C maka :

C =      Q                     atau                 Q = C.∆T

            ∆T

Maka daripada itu, kapasitas kalor adalah banyak kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu suatu benda sebesar 1⁰C.

5.   Kalorimeter

Kalorimeter adalah alat yang digunakan untuk mengukur kalor. kalorimeter umumnya digunakan untuk menentukan kalor suatu jenis suatu zat. Kalorimeter menggunakan teknik pencampuran dua zat didalam suatu wadah. Jika kalor jenis suatu zat diketahui maka kalor jenis zat lain yang dicampur dengan zat tersebut dapat dihitung. Ada berbagai kalorimeter, tetapi disini akan dibahas tentang kalorimeter aluminium saja.

Pada dasarnya kalorimeter didesain agar pertukaran kalor hanya terjadi didalam bejana kalorimeter dan menghindari pertukaran kalor kelingkungan sekitarnya. Kalorimeter alumunium, dinding dalam kedua bejana (bejana dalam dan bejana luar) dibuat mengkilat untuk mengurangi radiasi kalor dan kehilangan kalor karena penyerapan dinding bejana. Cincin serat (fiber) yang memisahkan kedua bejana dengantutup kayu adalah penghantar kalor yang jelek. Ruang antara kedua dinding bejana berisi udara yang berfungsi sebagai isolator kalor, sebab udara adalah penghantar kalor yang jelek.

Perpindahan Kalor

Pada dasarnya kalor berpindah dari benda yang suhunya tinggi ke benda yang suhunya lebih rendah. Perpindahan kalor merupakan peristiwa atau proses mengalirnya panas (kalor) dari satu titik ke titik yang lain dalam suatu medium. Perpindahan pasti adakecepatan (laju). Laju perpindahan kalor ini sangat bergantung pada jenis mediumnya.

Ada tiga cara perpindahan kalor, yaitu antara lain :

1.      Konduksi

2.      Konveksi (aliran)

3.      Radiasi (pancaran)

Dibawah ini akan diterangkan lebih lanjut dari cara perpindahan kalor yang terlah disebutkan diatas.

1.     Perpindahan Kalor Secara Konduksi

Konduksi adalah perpindahan kalor yang terjadi pada medium padat. Dalam perpindahan ini yang berpindah hanyalah kalor dan mediumnya tidak ikut berpindah. Dengan kata lain, pada proses perpindahan kalor tanpa disertai perpindahan partikel dinamakan konduksi.

Contohnya ketika seorang pandai besi sedang membuat parang atau pisau bagian ujung besi yang tidak dipanaskan akan ikut panas. Inilah sebabnya kenapa pandai besi menggunakan sarung tangan sebagai isolator. Kalor dari perapian berpindah dari ujung besi yang dipanaskan ke ujung lain yang tidak dipanaskan. Itulah contoh sederhana bahwa kalor memang berpindah.

Secara sederhana laju perpindahan kalor bisa dirumuskan sebagai kalor yang mengalir persatuan waktu. Laju perpindahan kalor secara konduksi dirumuskan sebagai perkalian antara konduktivitas kalor (k) dengan luas penampang (A) dan selisih suhu kedua titik (T2-T1) dibagi dengan jarak kedua titik (x). Rumus laju perpindahannya adalah sebagai berikut :

Contohnya : sebuah lempeng baja mempunyai luas penampang 20 cm² panjang 50 cm. jika perubahan suhu yang terjadi antara 2 titik jaraknya 1 m pada lempeng baja tersebut adalah 50⁰C dan konduktivitas kalor dari lempeng baja tersebut adalah 0,16 W/mK. Maka berapa laju perpindahan kalor?

Jawab =

            = 0,16 x 20 x 10^-4 x 50/1

            = 1,6 x 10^-3

Konduktor ialah zat yang mudah menghantar kalor. Isolator ialah zat yang sukar menghantar kalor. Tetapi setiap zat dapat menghantarkan kalor secara konduksi. Contoh dari konduktor dan isolator ini berada dikehidupan sehari – hari. Contohnya seperti setrika listrik. Pada bagian alasnya terbuat dari logam (konduktor) agar dapat mengahantar kalor dari energi listrik ke pakaian yang disetrika. Dan pada gagang setrika dibuat dari plastik (isolator), agar dapat memegang setrika tanpa merasa panas.

2.     Perpindahan Kalor Secara Konveksi

Konveksi merupakan perpindahan kalor yang terjadi pada medium cair dan gas. Berbeda dengan konduksi, perpindahan kalor ini disertai dengan perpindahan medium. Jadi yang bergerak tidak hanya kalor tetapi juga medium peramabatannya.

Atau bisa dikatakan juga sebagai proses perpindahan kalor dari satu bagian fluida ke bagian lain fluida oleh pergerakan fluida itu sendiri dinamakan konveksi. Ada dua jenis konveksi, yaitu konveksi alamiah dan konveksi paksa. Pada konveksi alamiah, pergerakan fluida terjadi akibat perbedaan massa jenis. Bagian fluida yang menerima kalor (dipanasi) memuai dan massa jenisnya menjadi lebih kecil, sehingga bergerak keatas.

Sedangkan konveksi paksa adalah proses perpindahan kalor melalui suatu zat yang disertai dengan perpindahan partikel – partikel zat tersebut akibat suatu paksaan terhadap partikel bersuhu tinggi tersebut. Contohnya seperti pada pendinginan dalam mesin mobil. Laju perpindahan kalor secara konveksi dapa dirumuskan seperti pada berikut :

3.     Perpindahan Kalor Secara Radiasi

Perpindahan kalor ini tidak sama seperti kedua jenis perpindahan kalor sebelumnya. Seperti pada kalor dari matahari dapat sampai ke bumi melalui ruang hampa tanpa zat perantara (medium). Perpindahan kalor seperti ini disebut radiasi.

Perpindahan kalor dapat melalui ruang hampa karena energi kalor dibawa dalam bentuk gelombang elektromagnetik. Radiasi atau pacaran adalah perpindahan energi kalor dalam bentuk gelombang elektromagnetik.

Panas matahari yang sampai kebumi melewati ruang angka yang hampa udara (tanpa ada medium). Setiap benda bisa menyerap kalor dipancarkan secara radiasi. Akan tetapi yang menentukan daya serap dan daya bukanlah jenis bahan benda tersebut melainkan warnanya. Laju penyerapan kalor yang dipancarkan secara radiasi dirumuskan sebagai berikut :

Ada banyak macam pemanfaatan radiasi dalam keseharian. Seperti pada pendingin rumah, rumah kaca dan efek rumah kaca, dan panel surya (solar panel).

Perubahan Wujud

Jika es dipanasi (diberi kalor) maka beberapa waktu kemudian es berubah wujud menjadi air, dan selanjutnya air berubah wujud menjadi uap. Demikian pula jika uap air didinginkan, maka beberapa waktu kemudian uap air berubah wujud menjadi air. Selanjutnya air akan berubah wujud menjadi es.

Melebur adalah perubahan wujud dari padat menjadi cair. Membeku adalah perubahan wujud daric air menjadi padat. Menguap adalah perubahan wujud dari cair menjadi gas. Mengembun adalah perubahan wujud dari gas menjadi cair. Menyublim adalah perubahan wujud dari padat langsung menjadi gas (tanpa melalui wujud cair). Deposisi adalah kebalikan dari menyublim, yakni perubahan dari wujud gas ke wujud padat.

1.    Melebur

Melebur adalah perubahan wujud zat dari padat menjadi cair. Pada saat melebur, zat memerlukan kalor meskipun tidak mengalami kenaikan suhu. Titik lebur adalah suhu pada waktu zat melebur. Kalor yang diperlukan untuk mengubah wujud 1 kg zat padat menjadi zat cair dinamakan kalor laten lebur atau kalor lebur.

Selain itu dalam beberapa sumber mengatakan, mencair atau melebur yaitu peristiwa perubahan zat padat menjadi cair, hal ini karena adanya kenaikan suhu (panas). Contoh peristiwa mencair atau melebur yaitu pada batu es yang berubah menjadi air, lilin yang dipanaskan dan lain – lain.

2.    Membeku

Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, membeku adalah perubahan wujud daric air menjadi padat. Kalor yang dilepaskan pada waktu zat membeku dinamakan kalor laten beku atau kalor beku. Hasil percobaan menunjukkan bahwa untuk zat yang sama, kalor lebur = kalor beku.

Contoh dari peristiwa membeku ini adalah seperti, air yang dimasukan ke dalam freezer akan menjadi es batu, lilin cair yang didinginkan. Selanjutnya kedua jenis kalor laten yang telah dijelaskan sebelumnya ini disebut kalor lebur dan diberi simbol L_f­ jika banyak kalor yang diperlukan oleh zat yang massanya m kg untuk melebur adalah Q Joule, maka sesuai dengan definisi tersebut, dapat dituliskan sebagai berikut :

L_f =   atau  Q = mL_f

3.    Menguap

Menguap adalah peristiwa perubahan zat cair menjadi gas. Pada saat menguap suatu zat memerlukan kalor, ini dibuktikan pada peristiwa ketika spritus atau alkohol diteteskan sedikit pada tangan, spritus akan menguap dengan cepat dan tangan terasa dingin. Untuk menguap spritus tersebut memerlukan kalor. Kalor tersebut diambil dari tangan sehingga tangan terasa dingin. Peristiwa ini menunjukkan bahwa pada waktu menguap zat memerlukan kalor.

Contoh lain adalah air yang direbus jika dibiarkan lama – kelamaan akan habis, bensin yang dibiarkan berada pada tempat terbuka lama – kelamaan akan habis dan berubah menjadi gas. Adapun 4 cara untuk mempercepat terjadinya penguapan, yaitu : memanaskan, memperluas permukaan, meniup udara diatas permukaan, dan mengurangi tekanan diatas permukaan. Prinsip ini kemudian dipakai sebagai dasar untuk membuat AC dan kulkas.

Adapula contoh pada kehidupan sehari – hari kita, yaitu pada saat kita berkeringat penguapan dikeluarkan dari pori – pori. Penguapan ini adalah cara tubuh kita dalam mengatur suhu badan. Sewaktu suhu darah naik sedikit diatas suhu normal, kelenjar hypothalamus mendeteksi kenaikan suhu ini, kemudian mengirim sinyal ke kelenjar keringat agar meningkatkan produksi keringat. Keringat ini keluar dari pori – pori kulit, kemudian menguap.

Kalor yang diperlukan untuk menguap keringat diambil dari tubuh kita sendiri sehingga tubuh menjadi lebih dingin. Maka ketika kita berkeringat, janganlah beridiri ditempat yang aliran anginnya kuat, karena akan menghasilkan pendinginan lebih pada penguapan keringat, dan menyebabkan turunnya ketahanan tubuh kita terhadap infeksi, sehingga menyebabkan tubuh lebih mudah terserang penyakit.

4.    Mengembun

Mengembun adalah peristiwa perubahan benda gas menjadi air. Contoh mengembun adalah ketika kita menyimpan es batu dalam sebuah gelas maka bagian luar gelas akan basah, atau rumput di lapangan pada pagi hari menjadi basah padahal sore harinya tidak hujan.

Contoh dari mengembun adalah alat pendingin lemari es terdiri dari pompa, pembeku, penukar panas, dan katup pemuaian. Prinsip kerja siklus pendinginan sebuah lemari es. Sebagai fluida kerja adalah CCl₂F₂ (salah satu senyawa Freon). Selanjutnya fluida kerja, disebut saja sebagai Freon.

Sisi kiri rangkaian (termasuk pembeku didalam lemari es) mengandung Freon pada suhu rendah dan tekanan rendah, sisi kanan ( termasuk penukar panas yang berbentuk sirip – sirip dan terdapat dibagian belakang lemari es) mengandung Freon pada suhu tinggi dan tekanan tinggi.

Pompa (dijalankan oleh motor listrik ) menarik uap Freon yang keluar dari pembeku, menempatkannya (menaikkan tekanan), dan meneruskannya ke penukar panas pada tekanan tinggi. Suhu uap Freon sekarang menjadi lebih besar daripada suhu udara disekitar penukar panas sehingga uap Freon akan melepaskan kalornya ke udara sekitarnya, dan melepaskan kalornya ke udara sekitarnya, dan uap Freon mengembun menjadi cari.

Buktinya adalah ketika tangan menjadi panas ketika menyentuh sirip – sirip penukar panas pada bagian belakang lemari es. Freon cair yang keluar dari kendesor menuju ke katup pemuaian. Disini, Freon cair memuai dan kelajuan pemuaiannya diatur oleh katup pemuaian. Akibat pemuaian, Freon cair akan menyerap kalor dari bahan – bahan yang disimpan didalam lemari es sehingga bahan – bahan tersebut mendingin. Sedangkan Freon cair menguap. Uap Freon yang keluar dari pembeku kemudian ditarik oleh pompa untuk mengulangi siklus berikutnya.

Siklus ini berulang – ulang terus – menerus sehingga lemari es seakan – akan berfungsi mengambil kalor dari bahan – bahan makanan dalam lemari es dan membebaskan kalor ini ke lingkungan sekitarnya. Perantara untuk melakukan fungsi ini adalah fluida kerja yang dinamakan Freon.

5.    Mendidih

Peristiwa lain yang memperlihatkan bahwa pada waktu menguap diperlukan kalor adalah mendidih. Jika penguapan hanya terjadi dipermukaan zat cair saja dan dapat terjadi pada setiap suhu, maka mendidih adalah penguapan yang terjadi diseluruh bagian zat cair dan hanya dapat terjadi pada titik didih.

Pada waktu mendidih, suhu zat tetap sekalipun pemanasan terus dilakukan. Semua kalor yang diberikan kepada zat digunakan untuk mengubah wujud daric air menjadi uap. Suhu tetap ini disebut titik didih yang besarnya sangat bergantung pada tekanan dipermukaan zat itu. Titik didih zat pada tekanan 1 atm disebut titik didih normal.

Kalor yang diperlukan untuk mengubah wujud 1 kg zat cair menjadi uap pada titik didih normalnya dinamakan kalor laten uap atau kalor uap. Kalor uap disebut juga kalor didih. Sedangkan kalor yang dilepaskan untuk mengubah wujud 1 kg uap menjadi cair pada titik didih normalnya dinamakan kalor laten embun atau kalor embun saja.

Hasil percobaan menunjukkan bahwa untuk zat yang sama, kalor didih = kalor embun. Jika banyaknya kalor yang diperlukan untuk mendidihkan zat yang massanya m kg adalah Q joule. Maka dapat ditulis seperti ;

L_v = Q             atau     Q = m.L_v

m                                

6.    Menyublim

Menyublim adalah peristiwa perubahan zat padat menjadi gas atau sebaliknya. Contoh menyublim yaitu pada kapur barus (kamper) yang disimpan pada lemari pakaian lama-lama akan habis. Contoh lain adalah karbon dioksida cair hanya ada pada tekanan  yang lebih rendah dari 5 x 10 ⁵ Pa ( kira – kira 5 atm), padahal karbon dioksida padat dapat menyublim pada tekanan atsmosfer ( 1 atm). Oleh karena itu, pada keadaan normal, karbon dioksida padat (disebut es kering) jka diberi kalor langsung berubah menjadi gas karbon dioksida tanpa melalui wujud cair.

Peristiwa menyublim dimanfaatkan orang dalam teknik pengeringan beku (freeze drying) untuk mengawetkan produk makanan, bunga, dan plasma darah. Mula – mula produk makanan diawetkan dengan membekukan kandungan airnya pada suhu yang rendah. Kemudian, es yang terkurung dalam produk makanandiuapkan dengan cara mengurangi tekanan sehingga es langsung menyublim menjadi uap air.

Uap ini dialirkan keluar dari tempat pengeringan sehingga tertinggallah produk makanan kering tanpa kehilangan kandungan zat – zat penting (bau dan citarasa). Oleh karena kering, produk makanan tidak mudah membusuk. Kelak jika produk makanan hendak digunakan, kondisinya dapat dipulihkan dengan menambah air.

Pemuaian

Pemuaian adalah bertambahnya ukuran suatu benda karena pengaruh perubahan suhu atau bertambahnya ukuran suatu benda karena menerima kalor.  Jika sebuah benda dipanasi, partikel – partikel didalamnya bergetar lebih kuat sehingga saling menjauh, dapat dikatakan benda tersebut memuai. Jika sebuah benda didinginkan, getaran – getaran partikel lebih lemah dan partikel – partikel saling mendekat, dan sebagai hasilnya benda akan menyusut.

Pemuaian terjadi baik pada zat padat, cair, ataupun gas. Pemuaian pada zat padat ada 3 jenis yaitu pemuaian panjang (untuk satu demensi), pemuaian luas (dua dimensi) dan pemuaian volume (untuk tiga dimensi). Sedangkan pada zat cair dan zat gas hanya terjadi pemuaian volume saja, khusus pada zat gas biasanya diambil nilai koofisien muai volumenya sama dengan 1/273.

A.  Pemuaian Zat Padat

Pemuaian zat padat dapat menimbulkan masalah, contohnya kaca jendela selalu memuai bila terkena panas terus – menerus. Maka daripada itu, bingkai kaca selalu didesaian dengan ukuran yang lebih sedikit besar daripada ukuran kaca. Sedangkan pada rel kereta bila terkena panas terus – menerus akan membuat rel melengkung, maka daripada itu desaian awal sambungan rel kereta menyediakan celah diantara sambungan dua batang relnya.

Perbedaan pemuaian antara dua keeping logam yang berbeda koefisien muainya pada keeping bimetal, dimanfaatkan pada skalar termal, termostat bimetal, termometer bimetal, dan lampu sen mobil. Keping bimetal sangat peka terhadap perubahan suhu. Ketika dipanaskan keeping melengkung ke arah logam yang koefisien muainya lebih kecil (invar). Sebaliknya ketika didinginkan keeping melengkung kearah logam yang koefisien muainya lebih besar (perunggu).

1.     Pemuaian Panjang

Pemuaian panjang adalah bertambahnya ukuran panjang suatu benda karena menerima kalor. Pada pemuaian panjang nilai lebar dan tebal sangat kecil dibandingkan dengan nilai panjang benda tersebut. Sehingga lebar dan tebal dianggap tidak ada. Contoh benda yang hanya mengalami pemuaian panjang saja adalah kawat kecil yang panjang sekali.

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

Secara matematis persamaan yang digunakan untuk menentukan pertambahan panjang benda setelah dipanaskan pada suhu tertentu adalah sebagai berikut :

Bila ingin menentukan panjang akhir setelah pemanasan maka digunakan persamaan sebagai berikut :

Yang perlu diperhatikan adalah didalam rumus tersebut banyak sekali menggunakan lambang sehingga menyulitkan dalam menghapal. Disarankan untuk sering menggunakan rumus tersebut dalam mengerjakan soal dan tidak perlu dihapal.

Sebagai latihan berikut adalah contoh soal berisi jawabannya :

1)      Suatu batang logam pada suhu 10⁰C memiliki panjang 100 cm. Tentukan panjang tersebut pada suhu 300⁰C jika α = 0,000012 /^oC

·         Diketahui        :

L_o        =          100

∆t        =          300^oC

Α         =          0,000012/^oC

·         Ditanya           :

L          =          ?

·         Jawab              :

L          = L_o­ (1 + α. ∆t)

L          = 100 ( 1 + {0,000012 x 300})

L          = 100 ( 1 + 0,0036 )

L          = 100 x ( 1,0036)

L          = 100,36 cm

Keterangan :

α          = bilangan  yang menunjukkan pertambahan panjang suatu benda juka suhunya dinaikkan 1⁰C tiap satuan panjang.

2)      Suatu batang logam pada suhu 15^oC memiliki panjang 100cm. Tentukkan panjang tersebut pada suhu 300^oC jika α = 0,000010/^oC.

·         Diketahui        :

L_o        =          100

∆t        =          300^oC

α          =          0,000010/^oC

·         Ditanya           :

L          =          ?

·         Jawab              :

L          = L_o­ (1 + α. ∆t)

L          = 100 ( 1 + {0,000010 x 300})

L          = 100 ( 1 + 0,003)

L          = 100 x (1,003)

L          = 100,3cm

2.     Pemuaian Luas

Pemuaian luas adalah pertambahan ukuran luas suatu benda karena menerima kalor. Pemuaian luas terjadi pada benda yang mempunyai ukuran panjang dan lebar, sedangkan tebalnya sangat kecil dan dianggap tidak ada. Contoh benda yang mempunyai pemuaian luas adalah lempeng besi yang lebar sekali dan tipis.

Seperti halnya pada pemuian luas faktor yang mempengaruhi pemuaian luas adalah luas awal, koefisien muai luas, dan perubahan suhu. Karena sebenarnya pemuaian luas itu merupakan pemuian panjang yang ditinjau dari dua dimensi maka koefisien muai luas besarnya sama dengan 2 kali koefisien muai panjang. Pada perguruan tinggi nanti akan dibahas bagaimana perumusan sehingga diperoleh bahwa koefisien muai luas sama dengan 2 kali koefisien muai panjang.

Untuk menentukan pertambahan luas dan volume akhir digunakan persamaan sebagai berikut :

Sebagai latihan berikut adalah contoh soal beserta jawabannya, yaitu:

1)      Suatu plat aluminium berbentuk persegi dengan panjang sisi 20cm pada suhu 25^oC. Koefisien muai panjang aluminium 0,000012/^oC. Tentukan pertambahan luas plat tersebut jika dipanasi hingga suhu 125^oC.

·         Diketahui        :

S_o         =          20cm

∆T       =          125 – 25 = 100^oC

α          =          0,000012/⁰C

·         Ditanya           :

∆A       =          ?

·         jawab               :

A_o        = S_o x S_o

A_o        = 20cm x 20cm

A_o        = 400cm²

β          = 2 α

β          = 2 x 0,000012 = 0,000024/⁰C

∆A       = A_o. β. ∆T

∆A       = 400 x 0,000024 x 100

∆A       = 0,96 cm²

Jadi, pertambahan luas aluminium tersebut adalah 0,96 cm². Luas setelah memuai adalah 400 + 0,96 = 400,96 cm².

Keterangan :

β          = bilangan yang menunjukkan pertambahan luas suatu benda jika suhunya dinaikkan 1^oC tiap satuan luas. β sama dengan 2α (koefisien muai luas = 2 x koefisien muai panjang).

2)      Suatu plat aluminium berbentuk persegi dengan panjang sisi 30cm pada suhu 25^oC. Koefisien muai panjang aluminium 0,000022/^oC. Tentukan pertambahan luas plat tersebut jika dipanasi hingga suhu 135^oC.

·         Diketahui        :

S_o         =          30cm

∆T       =          135 – 25 = 110⁰C

α          =          0,000022/^oC

·         Ditanya           :

∆A       =         ?

·         Jawab              :

A_o        = S_o x S_o

A_o        = 30 cm x 30 cm
A_o        = 900 cm²

β          = 2 α

β          = 2 x 0,000022 = 0,000044/⁰C

∆A       = A_o. β. ∆T

∆A       = 900 x 0,000044 x 110

∆A       = 4,356 cm²

Jadi, pertambahan luas aluminium tersebut adalah 4,356 cm². Luas setelah memuai adalah 900 + 4,356 = 904,356 cm².

3.     Pemuaian Volume

Pemuaian volume adalah pertambahan ukuran volume suatu benda karena menerima kalor. Pemuaian volume terjadi benda yang mempunyai ukuran panjang, lebar dan tebal. Contoh benda yang mempunyai pemuaian volume adalah kubus, air dan udara. Volume merupakan bentuk lain dari panjang dalam 3 dimensi karena itu untuk menentukan koefisien muai volume sama dengan 3 kali koefisien muai panjang. Sebagaimana yang telah dijelskan diatas bahwa khusus gas koefisien muai volumenya sama dengan 1/273

Persamaan yang digunakan untuk menentukan pertambahan volume dan volume akhir suatu benda tidak jauh beda pada perumusan sebelum. Hanya saja beda pada lambangnya saja. Perumusannya adalah

Berikut adalah contoh soal dari pemuaian volume, contoh soal ini dilengkapi dengan jawaban. Berikut adalah contoh soalnya, anata lain :

1)      Sebuah bola tembaga pada suhu 15⁰C volumenya 1 dm³. Berapakah volume tembaga itu pada suhu 100⁰C, jika koefisien muai panjang tembaga adalah 0,00002/⁰C.

·         Diketahui        :

∆T       =          100 – 15 = 85⁰C

γ          =          3α = 3 x 0,00002 = 0,00006/⁰C

V_o­        =          1 dm³

·         Ditanya           :

V         =          ?

·         Jawab              :

V         = V_o ( 1 + γ. ∆T )

V         = 1 ( 1 + {0,00006 x 85} )

V         = 1 ( 1 + 0,0051)

V         = 1 x 1,0051

V         = 1,0051 dm³

Jadi, volume tembaga setelah memuai adalah 1,0051 dm³

Keterangan      :

γ          = bilangan yang menunjukkan pertambahan volume suatu benda jika suhunya dinaikkan 1^oC tiap satuan volume. Γ sama dengan 3α atau sama dengan 3/2 β. Koefisien muai volume sama dengan 3 x koefisien muai panjang, atau sama dengan 3/2 x koefisien muai luas.

2)      Sebuah bola tembaga pada suhu 10^oC volumnya 1 dm³. Berapakah volume tembaga itu pada suhu 90^oC, jika koefisien muai panjang tembaga adalah 0,00003/^oC.

·         Diketahui        :

∆T       =          90 – 10 = 80^oC

γ          =          3α = 3 x 0,00003 = 0,00009/^oC

V_o        =          1 dm³

·         Ditanya           :

V         =          ?

·         Jawab              :

V         = V_o ( 1 + γ. ∆T )

V         = 1 ( 1 + {0,00009 x 80} )

V         = 1 ( 1 + 0,0072)

V         = 1 x 1,0072

V         = 1,0072 dm³

Jadi, volume tembaga setelah memuai adalah 1,0072 dm³.

B.   Pemuaian Volum Zat Cair

Sifat zat cair adalah selalu mengikuti bentuk wadah yang ditempatinya. Jika air dituangkan kedalam botol maka bentuk air mengikuti bentuk botol. Jadi wadah berarti volum. Karena itu, zat cair hanya memiliki muai volum (tidak memiliki muai panjang dan muai luas). Sehingga untuk zat cair yang diketahui selalu koefisien muai volumnya.

Persamaan untuk menghitung pemuaian volum zat cair persis sama dengan persamaan untuk menghitung pemuaian volum zat padat. Hal terpenting yang perlu ditekankan disini adalah pemuaian volum zat cair lebih besar daripada pemuaian volum zat padat untuk kenaikkan suhu yang sama. Karena itu jika wadah berisi zat cair hampir penuh dipanaskan, maka pada suhu tertentu zat cair dalam wadah akan tumpah.

Berikut adalah contoh pemuaian volum zat cair yang menyebabkan zat cair dalam wadah tumpah apabila dipanaskan dalam suhu tertentu. Antara lain adalah :

1)      Sebuah bejana baja 4 L, 95 % volumnya diisi oleh alkohol. Jika suhu awal bejana 0^oC, dan bejana ini dipanaskan samapai 70^oC. Berapakah volum alkohol yang tumpah, jika koefisien muai panjang baja 0,000011/^oC dan koefisien muai alkohol 0,001/^oC.

·         Diketahui        :

o   Zat padat (bejana baja)

V_{o baja}   =          4 L = 4000 cm³

α_baja      =          0,000011/⁰C

T_o         =          0^oC

T          =          70⁰C

o   Zat cair (alkohol)

V_{o alk}    =          95% x 4000 cm³ = 3800cm³

γ _alk      =          0,001/⁰C

T_o         =          0⁰C

T          =          70^oC

·         Ditanya           :

V (alkohol – baja)       =          ?

·         Jawab              :

o   ∆V_baja   = γ_baja V_{o baja} ∆T

= 3 (0,000011) (4000)(70)

= 9,24 cm³

o   ∆V_alk     = γ_alk V_{o alk} ∆T

= 0,001 (3800)(70)

= 266 cm³

                        Volum bejana dan alkohol pada suhu T = 70⁰C adalah

o   V_baja     = V_{o baja} + ∆V_baja

= 4000 + 9,24

= 4009,24 cm³

o   V_alk      = V_{o alk} + ∆V_alk

= 3800 + 266

= 4066 cm³

                        Jadi, volum alkohol yang tumpah adalah

o   ∆V       = V_alk – V_baja

= 4066 – 4009,24

= 56,76 cm³

C.   Pemuaian Gas

Sama halnya seperti cair maupun padat, gas juga mengalami pemuaian. Contoh dalam kejadian pemuaian gas ini adalah ketika kita menaruh mulut balon yang belum ditiup kedalam mulut botol. Lalu kita sediakan baskom yang telah diisikan air panas.

Ketika kita memasukan bagian bawah botol kedalam emeber atau baskom yang telah diisikan dengan air panas,udara dalam botol akan memuai. Ini menyebabkan balon mengembang.

Dan ketika bagian bawah botol disiram dengan air ledeng, suhu udara akan berkurang. Udara menyusut dan menyebabkan balon menipis. Dan ini menunjukkan bahwa udara memuai jika dipanaskan.

Untuk jumlah gas yang tetap, keadaan suatu gas dinyatakan oleh tiga variabel, yakni tekanan, volum, dan suhu mutlaknya. Dengan demikian persamaan pemuaian gas melinatkan ketiga variabel ini.

Daftar Pustaka

1.      www.gurumuda.net

2.      www.gomuda.com

3.      www.rumushitung.com

4.      www.fisikamemangasyik.wordpress.com

5.      www.maryfathim.blogspot.com

6.      www.anistazahra.blogspot.com

7.      www.alljabar.wordpress.com

8.      www.nevianwijaya.wordpress.com

9.      www.asagenerasiku.blogspot.com

10.  www.liviavaleria.blogspot.com

11.  www.fisifuka.blogspot.com

12.  Kanginan, Marthen.2002.Fisika untuk SMA kelas X. Jakarta :Penerbit Erlangga