Pemuaian Linear

21 September 2018 15:02:01 Dibaca : 142 Kategori : laporan fisdas 1

Bismillahirrohmaanirrohiim

Dandi Saputra Halidi

442417041

 

Judul
KEOFISIEN MUAI LINIER LOGAM


Rumusan masalah :
Bagaimana menginterpretasikan apa yang ditunjukkan dalam grafik.?
Bagaimanamenghitung nilai koefisien muai linier dari masing-masing logam?
Bagaimananilai koefisien muai linier setiap batang logam yang di peroleh dari hasil perhitungan,dengan nilai koefisien muai linier logam yang ada pada tabel 10.2?


Tujuan :
Mahasiswa dapat menginterpretasikan apa yang ditunjukkan dalam grafik.
Mahasiswa dapat menghitung nilai koefisien muai linier dari masing-masing logam.
Mahasiswa dapat membandingkan nilai koefisien muai linier setiap batang logam yang di peroleh dari hasil perhitungan,dengan nilai koefisien muai linier logam yang ada pada tabel 10.2


Dasar teori :
Sebagian besar zat memuai ketika dipanaskan dan menyusut ketika didinginkan.Bagaimanapun,besarnya pemuaian dan penyusutan bervariasi bergantung pada materi itu sendiri. Secara eksperimen perubahan temperatur, ∆T pada batang logam yang mempunyai panjang L akan mengakibatkan perubahan panjang sebesar ∆L. Perubahan panjang ∆L ini berbanding lurus dengan L dan ∆T, maka dapat dituliskan:
∆L= ∆T α L0 .......(1)
Konstanta perbandingan α disebut koefisien muai linier. Sehingga persamaan (1) dapat di tulis sebagai berikut :
α=∆L / L0∆T.......(2)
Tabel Nilai Koefisien muai linier α dari beberapa batang logam
Logam α (per°C)
Aluminium 23 x 10-6
Kuningan 19 x 10-6
Tembaga 17 x 10-6
Baja 11 x 10-6

Pada umumnya kenaikan temperatur dari suatu benda diikuti oleh pemuaian volume benda itu. Dalarn beberapa hal tertentu yakni untuk zat tertentu dan dalam batasan temperatur tertentu akan terjadi hal yang sebaliknya.
Pemuaian adalah bertambahnya ukuran suatu benda karena pengaruh perubahan suhu atau bertambahnya ukuran suatu benda karena menerima kalor. Pemuaian pada zat gas ada 3 jenis yaitu pemuaian panjang (untuk satu demensi), pemuaian luas (dua dimensi) dan pemuaian volume (untuk tiga dimensi). Pemuaian dapat berlangsung dalam bermacarn-macam keadaan. Salah satu keadaan khusus adalah pemuaian yang berlangsung pada tekanan tetap tergantung pada suhu air sekitar koefisien muai atau daya muai dari benda tersebut. Pada tahun 1736, John Ellicott dengan alatnya telah mengukur pemuaian panjang (satu dimensi) dan pada prinsipnya, pengukuran pemuaian panjang sekarang adalah pengukuran Ellicott itu, yakni mengukur beda panjang sebelum dan sesudah penambahan temperatur.
Jika kita memandang pemuaian hanya pada satu dimensi saja, hal ini kita namakan pemuaian panjang. Pemuaian pada dua dimensi disebut pemuaian luas atau pemuaian permukaan sedangkan pada tiga dimensi disebut pemuaian isi, pemuaian mang, atau pemuaian kubik. Jika dari teori molekul atau atom kita menganggap benda terdiri dari molekul atau atom yang saling tarik-menarik, maka pada pemuaian, jarak antara molekul atau atom zat diperbesar. Jadi untuk jumlah benda yang tetap, volume sesungguhnya daripada molekul atau atom itu sendiri pada pemuaian adalah tetap pula. Yang bertambah adalah hampa antara molekul atau atom, sehingga volume yang ditempati oleh molekul atau atomlah yang bertambah. Dalam pembicaraan ini, kita memandang volume mangan yang bertambah ini. Jelaslah juga di sini bahwa pada peristiwa pemuaian, massa adalah tetap.
Jika temperatur diturunkan, umumnya, benda mengecil, tepat sebagai kebalikandaripada pemuaian, sehingga pengertian ini dapat juga dianggap sebagai pemuaian yang negatif.
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. Pemuaian linear benda padat, ketika suatu benda padat mengalami peningkatan temperatur ∆T, pertambahan panjangnya ∆L hampir sebanding dengan panjang awalnya L0 dikalikan dengan T. Yaitu ∆L = α. L0 ∆T dimana konstanta perbandingan disebut sebagai koefisien pemuaian linear. Nilai tergantung pada sifat zat. Untuk berbagai keperluan, kita dapat menganggap α sebagai konstanta yang sepenuhnya bebas dari T, meskipun hal tersebut jarang benar. Dari persamaan di atas, α adalah perubahan panjang per satuan panjang awal per derajat perubahan temperatur. Secara matematis persamaan yang digunakan untuk menentukan pertambahan panjang suatu benda setelah dipanaskan pada suhu tertentu adalah :
∆L = LO.α.∆T

Ket : ∆L= Pertambahan panjang (m)
Lo = Panjang awal (m)
α = Koefisien muai panjang (/℃)
∆T= Perubahan suhu(℃ )
Lt = L0 (1 + α x ∆t)
= panjang akhir (m, cm)
= panjang awal (m, cm)
α = koefisien muai panjang (/°C)
Δt = perbedaan suhu (°C)
koefisien muai linier di definisikan sebagai bilangan yang menunjukkan berapa cm atau meter bertambahanya panjang tiap 1 cm atau 1 m suatu batang jika suhunya dinaikkan ℃.Jadi besarnya koefisien muai panjng suatu benda berbeda-beda tergantung jenis zatnya. Jika suatu benda panjang mula-mula pada suhu t0 ℃ adalah Lo koefisien muai panjang = ∝. Kemudian dipananskan sehingga suhunya menjadi ℃ maka :
∆L=L0. ∝(t1 – to)

Panjang batang pada suhu t1 ℃adalah :
Lt = L0 + ∆L
= L0 + Lo.∝. (t1 – t0)
= L0(1 + ∝∆t1)
Pemuaian panjang disini berarti panjang benda bertambah atau panjang benda berkurang. Biasanya panjang benda bertambah ketika suhu meningkat, sebaliknya panjang benda berkurang (benda memendek) ketika suhu menurun. Setiap benda padat, apapun itu pasti mengalami pemuaian panajng, meskipun tidak semua bagian benda itu mengalami pemuaian panjang.Jika suatu benda padat dipanaskan maka benda tersebut akan memuai kesegala arah,dengan kata lain ukuran panajng bertambah karena menerima kalor.
Beberapa manfaat pemuaian yang sering kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari antara lain:
Ban baja yang bediameter lebih kecil dari pelek roda ketika ingin dipasang harus dimuaikan lebih dulu untuk mempermudah.
Pembuka tutup botol logam
untuk membukanya tutup botol harus dipanaskan terlebih dahulu dengan api.ketika dipanaskan, tutup botol logam akan memuai lebih cepat dari pada botol kaca sehingga tutup botol akan longgar dan mudah dibuka.
Pengelingan
Menyambung dua pelat dengan menggunakan paku khusus dengan proses khusus disebut mengeling. Bagaimanakah cara pemasangan paku keling? Paku keling yang dipakai untuk mengeling sesuatu dalam keadaan panas sampai berpijar dan dimasukkan ke dalam lubang pelat yang hendak kita keling. Kemudian paku bagian atas dipukul-pukul sampai rata. Setelah dingin paku keling tersebut akan menyusut dan menekan kuat pelat tersebut. Pengelingan dapat kamu jumpai pada pembuatan badan kapal laut.
Pemasangan bingkai roda logam pada pedati dan kereta api. Roda pedati dan roda kereta api memiliki ukuran lebih kecil daripada ukuran bingkainya. Untuk dapat memasang roda logam tersebut, maka dengan cara pemanasan. Hal ini mengakibatkan roda logam akan mengalami pemuaian. Kemudian roda logam tersebut dipasang pada bingkainya, setelah dingin roda akan menyusut dan terpasang pada bingkainya dengan kuat.
Masalah yang Ditimbulkan oleh Pemuaian dalam Kehidupan Sehari-hari :
Pemasangan kaca jendela
Tukang kayu merancang ukuran bingkai jendela yang sedikit lebih besar dari pada ukuran sebenarnya. Hal ini di lakukan untuk memberi ruang kaca saat terjadi pemuaian. Apabila desain jendele tidak di beri ruang pemuaian,maka saat kaca memuai akan mengakibatkan retaknya kaca tersebut.
Celah pemuaian pada sambungan jembatan
Sering kamu jumpai sambungan antara dua jembatan beton terdapat celah diantaranya. Kal ini bertujuan agar jembatan tersebut tidak melengkung saat terjadi pemuaian.
Sambungan rel kereta api
Sambungan rel kereta api dibuat ada celah diantara dua batang rel tersebut.Hal ini bertujuan agar saat terjadi pemuaian tidak menyebabkan rel melengkung. Rancangan yang sering digunakan sekarang ini sambungan rel kereta api dibuat bertautan dengan ujung rel tersebut dibuat runcing. Penyambungan seperti ini memungkinkan rel memuai tanpa menyebabkan kerusakan.
Kawat telepon atau kawat listrik
Pemasangan kawat telepon atau kawat listrik dibiarkan kendor saat pemasangannya pada siang hari. Hal ini dilakukan dengan maksud,pada malam hari kawat telepon atau listrik mengalami penyusutan sehingga kawat tersebut tidak putus.
Refensi :
Giancoli, Douglas 2001. Fisika D asar 1 (terjemahan) Jakarta :
penerbit Erlangga
http://elearning.gunadarma.ac.id/docmodul/Fisika_Ilmu_panas
/bab2-pengaruh_temperatur_atas_zat.pdf.
Holliday dan Reanick, 1991. Fisika Jilid 1 (terjemahan) Jakarta :
Penerbit Erlangga

Variabel –Variabel :
1. Variabel bebas : panjang mula-mula batang logam
Variabel terikat : pertambahan panjang batang logam
Variabel kontrol : suhu awal
Alat dan Bahan :
Thermal expansion apparatus
Steam generator
Termometer
Batang logam
Mistar
Prosedu kerja :
Mengukur panjang batang logam sebagai L0 !
Menyusun peralatan !
Meletakkan termometer pada batang logam (diusahakan ujung termometer tepat mengenai batang logam).mencatat temperatur yang ditunjukkan termometer sebagai T0.
Mengisi steam generator dengan air sampai ¾ bagian. Kemudian tekan tombol ON untuk menyalakan steam generator. Putar tombol low-high pada skala maksimal hingga air mendidih.
Menghubungkan salah satu ujung selang dari steam generator ke salah satu ujung batang logam.
Mencatat perubahan panjang batang logam ∆L (dibaca pada skala metrika) untuk setiap kenaikan temperatur 2℃ (minimal 6 kali kenaikan). Sedapat mungkin lakukan kedua pengukuran ini secara serempak.mencatat hasil eksperimen.
Melakukan langkah 1 sampai 6, untuk batang logam yang lain.

Pengolahan Data PF 10
Pemuaian Linier

A. Menghitung panjang mula-mula (L0) dan suhu mula-mula (T0) ketiga logam.
1. Panjang mula-mula (L0)
a. Logam besi (LO)
L0 = 75 cm = 0,75 mm
∆L0 = 1/2 nst mistar
= 1/2 x 1 mm = 0,5cm
KR = (∆L₀)/(L₀) x 100%
= 0,5/0,075 x 100%
= 6,6 % (2AP)
(L0 ± ∆L0) = (0,75 ± 0,0005)
(7,5 ± 0,5) 10-2mm
b. LogamTembaga
L0 = 79 = 0,75 mm
∆L0 = 1/2 nst mistar
= 1/2 x 1 mm = 0,5 mm
KR = (∆L₀)/(L₀) x 100%
= 0,5/0,75 x 100%
= 6,6 % (2 AP)
(L0 ± ∆L0) = (0,75 ± 0,5) 10-2mm

c. Logamalmanium
L0 = 75 = 0,075 cm
∆L0 = 1/2 nst mistar
= 1/2 x 1 mm = 0,5mm
KR = (∆L₀)/(L₀) x 100%
= 0,5/0,75 x 100%
= 6,6 % (2 AP)
(L0 ± ∆L0) = (0,75 ± 0,0005)10-2mm

2. menghitung temperature awal
a. logambesi
T0 = 300 C
∆T0 = 1/2 Nst Termometer
= 1/2 x 1 0C
= 0,50C
KR = (∆T₀)/(T₀) x 100%
= 0,5/(30 ) x 100%
= 1,66% (3 AP)
(T0 ± ∆T0) = (3,00 ± 0,05) 100C

b.logamTembaga
T0 = 290C
∆T0 = 1/2 Nst Termometer
= 1/2 x 1 0C
= 0,50C
KR = (∆T₀)/(T₀) x 100%
= 0,5/(29 ) x 100%
= 1,72 % (3AP)
(T0 ± ∆T0) = (28 ± 0,05) 100C

c.logamalmanium
T0 = 290C
∆T0 = 1/2 Nst Termometer
= 1/2 x 1 0C
= 0,50 C
KR = (∆T₀)/(T₀) x 100%
= 0,5/(29 ) x 100% = 1,72% (3AP)
(T0 ± ∆T0) = (2,90 ± 0,05)100C

B. Menghitungpertambahanpanjng (∆L) danperubahansushu (∆T) logam.
1. Perubahan panjang
a. Logam besi
L1 = 0,32mm
∆L = 1/2 Nst mertika
= 1/2 x 0,01mm = 0,005mm
KR = ∆L1/L1 x 100%
= 0,005/0,32 x 100%
= 1,56 % (3 AP)
(L1 ± ∆L1) =(3,20 ±0,05) 10-1 mm
L2 = 0,35mm
∆L2 = 1/2 Nst mertika
= 1/2 x 0,01mm = 0,005mm
KR = ∆L2/L2 x 100%
= 0,005/0,35 x 100%
= 1,42 % (3 AP)
(L2 ± ∆L2) = (3,50 ± 0,05) 10-2m
L3 = 0,35
∆L3 = 1/2 Nst mertika
= 1/2 x 0,01mm = 0,005mm
KR = ∆L3/L3 x 100%
= 0,005/0,35 x 100% = 1,42 % (3AP)
(L3± ∆L3) = (3,80 ± 0,005) 10-1 mm
b. Logam Tembaga
L1 = 0,42 mm
∆L1 = 1/2 Nst mertika
= 1/2 x 0,01mm = 0,005mm
KR = ∆L1/L1 x 100%
= 0,005/0,042 x 100%
= 1,1 % (3 AP)
(L1 ± ∆L1) = 4,20 ± 0,005) 10-1 m
L2 = 0,45 mm
∆L2 = 1/2 Nst mertika
= 1/2 x 0,01mm = 0,005mm
KR = ∆L2/L2 x 100%
= 0,005/0,45 x 100%
= 1,1 % (3 AP)
(L2± ∆L2) = (4,50± 0,005) 10-1 m
L3 = 0,47 mm
∆L3 = 1/2 Nst mertika
= 1/2 x 0,01mm = 0,005mm
KR = ∆L3/L3 x 100%
= 0,005/0,047 x 100% = 1,06 % (3 AP)
(L3± ∆L3) = (4,70 ± 0,005) 10-1 m
c. Logam Besi
L1 = 0,61 mm
∆L1 = 1/2 Nst mertika
= 1/2 x 0,01mm = 0,005mm
KR = ∆L1/L1 x 100%
= 0,005/0,61 x 100%
= 0,81 % (3 AP)
(L1 ± ∆L1) = (6,10 ± 0,005) 10-1 m
L2 = 0,65 mm
∆L2 = 1/2 Nst mertika
= 1/2 x 0,01mm = 0,005 mm
KR = ∆L2/L2 x 100%
= 0,005/0,65 x 100%
= 0,76 % (3 AP)
(L2 ± ∆L2) = (6,50 ± 0,005) 10-1 m
L3 = 0,68 mm = 0,00040m
∆L3 = 1/2 Nst mertika
= 1/2 x 0,01mm = 0,005mm
KR = ∆L3/L3 x 100%
= 0,005/0,68 x 100%
= 0,73% (3 AP)
(L3± ∆L3) = (6,80 ± 0,005) 10-1 m
PerubahanSuhu
a. Logam besi
T1 = 320C
∆T = 1/2Nst Termomter
= 1/2 x 10C
= 0,50C
KR = ∆T1/T1 x 100%
= 0,5/32 x 100%
= 1,56 % (3 AP)
(T1 ± ∆T1) = (3,20 ± 0,05)0C
T2 = 34 0C
∆T2 =1/2NstTermomter
= 1/2 x 10C = 0,50C
KR = ∆T2/T2 x 100%
= 0,5/34 x 100%
= 1,47 % (3AP)
(T2 ± ∆T2) = (3,40 ± 0,05)0C
T3 = 360C
∆T3 = 1/2NstTermomter
= 1/2 x 10C
= 0,50C
KR = ∆T3/T3 x 100%
=0,5/36 x 100%
= 1,38 % (3AP)
(T3± ∆T3) = (3,60 ± 0,05)0C
b. LogamTembaga
T1 = 310 C
∆T1 = 1/2NstTermomter
= 1/2 x 10C
= 0,50C
KR = ∆T1/T1 x 100%
= 0,5/31 x 100%
= 1,6 % (3 AP)
(T1 ± ∆T1) = (3,10 ± 0,05) 0C
T2 = 330C
∆T2 = 1/2NstTermomter
= 1/2 x 10C
= 0,50C
KR = ∆T2/T2 x 100%
= 0,5/33 x 100%
= 1,5 % (3AP)
(T2 ± ∆T2) = (3,30 ± 0,05) 0C
T3 = 35 0C
∆T3 = 1/2NstTermomter
= 1/2 x 10C
= 0,50C
KR = ∆T3/T3 x 100%
= 0,5/35 x 100%
= 1,42 % (3AP)
(T3± ∆T3) = (3,50 ± 0,05) 0C

c. Logamaluminium
T1 = 310C
∆T1 = 1/2NstTermomter
= 1/2 x 10C
= 0,50C
KR = ∆T1/T1 x 100%
= 0,5/31 x 100%
= 1,6 % (3 AP)
(T1 ± ∆T1) = (3,10 ± 0,05) 0C
T2 = 330C
∆T2 = 1/2NstTermomter
= 1/2 x 10C
= 0,50C
KR = ∆T2/T2 x 100%
= 0,5/33 x 100%
= 1,5 % (3AP)
(T2± ∆T2) = (3,30 ± 0,05) 0C
T3 = 350C
∆T3 = 1/2NstTermomter
= 1/2 x 10C = 0,50C
KR = ∆T3/T3 x 100%
= 0,5/35 x 100%
= 1,42 % (3 AP)
(T3± ∆T3) = (3,50 ± 0,05) 0C
2. Tabel Hasil Pengolahan Data
a. Logam besi
( T ± ∆L) mm ( L ± ∆T) 0C
(3,20 ± 0,05) 10 -1 mm (3,20 ± 0,05) 0C
(3,50 ± 0,05) 10-1mm (3,40 ± 0,05) 0C
(3,80 ± 0,05) 10 -1mm (3,60 ± 0,05) 0C

b. LogamTembaga
( L ± ∆L) mm ( T ± ∆T) 0C
(4,20 ± 0,05) 10-1 mm (3,10 ± 0,05) 0C
(4,50 ± 0,05) 10-1 mm (3,300 ± 0,05) 0C
(4,70 ± 0,05) 10-1 mm (3,50 ± 0,05) 0C

c. Logamaluminium
( L ± ∆L) mm ( T ± ∆T) 0C
(6,10 ± 0,05) 10-1 (3,10 ± 0,05) 0C
(6,50 ± 0,05) 10-1 (3,30 ± 0,05) 0C
(6,80 ± 0,05) 10-1 (3,50 ± 0,05) 0C
3.Membuat grafik hubungan antara perubahan suhu (∆T) terhadap pertambahan panjang (∆L).

a. Logambesi

b. Logam Tembaga

c. Logamaluminium

E. Interpretasi perbandingan
Dari ketigagrafikdapatdisimpulkanbahwahubunganantara ∆L berbandingluruskarenasetiapperubahanataukenaikansuhu, panjangbatanglogamjugabertambah.

F. Kesimpulan
Dari hasilpercobaandapatdisimpulkanbahwapemuaianpadamasingmasingbendaberbedatergantungjenisbendatersebut, sertanilai temperature jugamempengaruhipadapemuaiankarenapertambahanpanjangberbandinglurusdengan temperature.

G. Kemungkinankesalahan
1. Kemungkinankesalahanpratikumdalammelihatnilaipadaalatukur.