Benda-benda yang dipanaskan umumnya akan berubah ukurannya. Perubahan ini bisanya sangat kecil. Perubahan ukuran ini disebut dengan pemuaian. Pemuaian benda dapat terjadi pada zat padat, zat cair, maupun gas. Yang akan dibahas di sini hanya pemuaian pada zat padat. Contoh penerapan prinsip pemuaian pada benda padat dapat dilihat pada sambungan rel kereta api. Sambungan rel kereta api dibuat renggang karena rel kereta api akan memuai dan bertambah panjang saat terkena panas sinar matahari.
Pengertian Pemuaian
Yang dimaksud pemuaian adalah bertambahnya ukuran benda karena pengaruh perubahan suhu atau bertambahnya ukuran benda karena menerima kalor. Pemuaian benda dapat diamati dalam bentuk pemuaian panjang, pemuaian luas, dan pemuaian volume.
Pemuaian Panjang
Pengertian pemuaian panjang adalah bertambahnya ukuran panjang suatu benda karena perubahan suhu. Jika dietahui suatu benda dengan panjang awal Lo, koefisien muai panjang α, dan kenaikan suhu Δt, maka pemuaian panjang benda tersebut dapat dihitung dengan rumus berikut.
ΔL = Lo.α.Δt
Sedangkan panjang benda setelah memuai adalah sebagai berikut
L = Lo + ΔL
atau
L = Lo {1 + α.Δt)
Jika diketahui suhu awal benda t1 dan suhu akhir benda t2 maka Δt = t2 – t1
Misal diketahui sebatang besi panjangnya 100 cm. Koefisien muai panjang besi 0.000017 /°C. Besi tersebut dipanaskan hingga kenaikan suhunya 200°C. Pertambahan panjang besi tersebut setelah memuai dapat dihitung sebagai berikut.
Lo = 100 cm
α = 0,000017 /°C
Δt = 200 °C
ΔL = Lo. α. Δt = (100).(0,000017)(200) = 0,34 cm
Panjang besi setelah memuai dapat dihitung sebagai berikut.
L = Lo + ΔL = 100 + 0,34 = 100,34 cm
Pemuaian Luas
Pengertian pemuaian luas adalah bertambahnya ukuran luas permukaan suatu benda karena perubahan suhu. Jika diketahui suatu benda dengan luas permukaan awal Ao, koefisien muai luas β, dan kenaikan suhu Δt, maka pemuaian luas benda tersebut dapat dihitung dengan rumus berikut.
ΔA = Ao.β.Δt
Sedangkan luas permukaan benda setelah memuai adalah sebagai berikut
A = Ao + ΔL
atau
A = Ao {1 + β.Δt)
Didefinisikan koefisien muai luas adalah dua kali koefisien muai panjang. Jika diketahui koefien muai panjang α, maka β = 2.α
Misalkan diketahui selembar kaca jendela luasnya 900 cm2. Koefisien muai panjang kaca adalah 0,000009 /°C . Kaca tersebut dipanaskan sehingga kenaikan suhunya 50 °C. Pertambahan luas kaca tersebut setelah memuai dapat dihitung.
Ao = 900 cm2
α = 0,000009 /°C
β = 2.α = 2.(0,000009) = 0,000018 /°C
Δt = 50 °C
ΔA = Ao. β. Δt = (900).(0,000018)(50) = 0,81 cm2
Luas kaca setelah memuai dapat dihitung sebagai berikut.
A = Ao + ΔA = 900 + 0,81 = 900,81 cm2
Pemuaian Volume
Pengertian pemuaian volume adalah bertambahnya ukuran volume suatu benda karena perubahan suhu. Jika dietahui suatu benda dengan volume awal Vo, koefisien muai volume γ, dan kenaikan suhu Δt, maka pemuaian volume benda tersebut dapat dihitung dengan rumus berikut.
ΔV = Vo.γ .Δt
Sedangkan volume benda setelah memuai adalah sebagai berikut
V = Vo + ΔV
atau
V = Vo (1 + γ .Δt)
Didefinisikan koefisien muai volume adalah tiga kali koefisien muai panjang. Jika diketahui koefien muai panjang α, maka γ = 3.α
Misalkan diketahui sebuah bola kaca mempunyai volume 10 cm3. Koefisien muai panjang bahan bola kaca itu 0,000005 /°C. Bola kaca tersebut dipanaskan sehingga kenaikan suhunya 5 °C. Pertambahan volume bola kaca setelah memuai dapat dihitung sebagai berikut.
Vo = 10 cm3
α = 0,000005 /°C
γ = 3.α = 3.(0,000005) = 0,000015 /°C
Δt = 5 °C
ΔV = Vo. γ . Δt = (10).(0,000015)(5) = 0,00075 cm3
Volume bola kaca setelah memuai dapat dihitung sebagai berikut.
A = Ao + ΔA = 10 + 0,00075 = 10,00075 cm3