Pemuaian Panjang Zat Padat

Tentunya kamu pernah menyaksikan tukang kayu pada saat membuat daun jendela atau bingkai jendela. Pada bingkai jendela terdapat celah yang dibuat untuk menempatkan kaca. Mengapa celah kaca dibuat lebih besar atau tidak pas seukuran kaca? Contoh lain lagi, apabila kamu melewati lintasan kereta api, kenapa besi baja yang digunakan untuk rel kereta api pun harus dipasang renggang seperti gambar di bawah ini?

Rel kereta api dibuat renggang

Untuk menjawab beberapa pertanyaan di atas, Anda harus paham dengan konsep muai panjang pada zat padat. Berdasarkan percobaan yang dilakukan oleh para ahli didapatkan bahwa perubahan panjang ΔL pada semua zat padat, dengan pendekatan yang sangat baik, berbanding lurus dengan perubahan suhu ΔT. Perubahan panjang suatu zat padat sebanding dengan panjang awal L₀. Sedangkan skema gambar perubahan panjang zat padat akibat pemuaian seperti gambar di bawah ini. 

Perubahan pajang zat padat akibat perubahan suhu

Besarnya perubahan panjang akibat pemuaian pada zat padat dapat dituliskan dalam suatu persamaan berikut.

ΔL = α.L₀.ΔT

Di mana α adalah koefisien muai linier (koefisien muai panjang) zat padat dan memiliki satuan /°C. Panjang akhir benda setelah dipanaskan hingga mencapai suhu tertentu dapat dituliskan sebagai berikut:

L = L₀ + ΔL

atau

L = L₀ + α.L₀.ΔT

atau

L = L₀(1 + αΔT)

dengan:

L = panjang akhir benda setelah pemanasan (m)

L₀ = panjang benda mula-mula (m)

α = koefisien muai panjang (/°C)

ΔT = perubahan suhu (°C)

Jika perubahan suhu ΔT = T – T0 bernilai negatif, maka ΔL = L – L0 juga negatif, berarti panjang benda memendek (menyusut). Nilai koefisien muai panjang (α) untuk berbagai zat pada suhu 20 °C dapat dilihat pada tabel di bawah ini.

Koefesien muai panjang beberapa zat padat

Nah setelah membaca dan memahami konsep muai panjang pada zat padat, maka Anda sudah bisa menjawab pertanyaan di atas. Di mana kaca yang dipasang pada jendela, di buat celah atau kaca dipasang agak renggang. Hal ini bertujuan untuk menjaga keamanan kaca agar tidak pecah, saat mengalami pemuaian pada siang hari atau pada musim kemarau karena suhu udara atau lingkungan akan naik. Begitu juga pada rel kereta api dipasang sedikit renggang atau berongga untuk mencegah terjadinya kecelakaan kereta api yang disebabkan oleh relnya melengkung akibat pemuaian dari pemanasan di siang hari. Untuk memantapkan pemahaman Anda tentang pemuaian panjang zat padat, silahkan perhatikan dan pahami contoh soal di bawah ini.

Contoh Soal 1

Pada suhu 20°C, panjang kawat besi adalah 20 m. Berapakah panjang kawat besi tersebut pada suhu 100°C jika koefesien muai panjang besi 1,1 × 10^-5/°C?

Penyelesaian:

To = 20°C

T = 100°C

Lo = 20 m

α = 1,1 × 10^-5/°C

ΔT = T – To

ΔT = 100°C – 20°C

ΔT = 80°C

ΔL = α.L₀.ΔT

ΔL = 1,1 × 10^-5/°C. 20 m. 80°C

ΔL = 1760 × 10^-5 m

ΔL = 0,01760 m

L = Lo + ΔL

L = 20 m + 0,01760 m

L = 20,01760 m

Contoh Soal 2

Sebatang logam dengan panjang 1 meter dipanaskan dari 25°C sampai 50°C sehingga bertambah panjang 2 mm. Berapa pertambahan panjang batang logam tersebut jika panjangnya 80 cm dipanaskan dari 30°C sampai 80°C.

Penyelesaian:

Diketahui:

L₀₁ = 1 m

ΔT₁ = 50°C – 25°C = 25°C

ΔL = 2 mm = 2 × 10^-3 m

L₀₂ = 80 cm = 0,8 m

ΔT₂ = 80°C – 30°C = 50°C

Ditanyakan: ΔL₂= ?

Jawab:

ΔL₁ = α.L₀₁.ΔT₁

2 × 10^-3 m = α. 1 m. 25°C

α = (2 × 10^-3)/25°C

α = 0,08 × 10^-3/°C

α = 8 × 10^-5/°C

ΔL₂ = α.L₀₂.ΔT₂

ΔL₂ = 8 × 10^-5/°C. 0,8 m. 50°C

ΔL₂ = 320 × 10^-5 m

ΔL₂ = 3,20 × 10^-3 m

ΔL₂ = 3,2 mm

Contoh Soal 3

Sebuah kawat logam dipanaskan dari suhu 295 K sampai 335 K dan panjangnya mencapai 380,38 cm. Jika α = 25 × 10^-6/°C, tentukan panjang kawat mula-mula.

Penyelesaian:

T₀ = 295 K = 22°C

T = 335 K = 62°C

L = 380,38 m = 3,8038 m

α = 25 × 10^-6/°C

ΔT = T – T₀

ΔT = 62°C – 22°C

ΔT = 40°C

L = L₀(1 + αΔT)

3,8038 m = L₀(1 + 25 × 10^-6/°C . 40°C)

3,8038 m = L₀(1 + 0,001)

3,8038 m = L₀(1,001)

L₀ = 3,8038 m /1,001

L₀ = 3,8 m

Nah demikian materi tentang pemuaian pada zat padat, jika ada permasalahan atau kendala dalam memahami materi ini, silahkan tanyakan pada kolom kometar. Kita pasti bisa.