PEMUAIAN

Pemuaian

Pemuaian terjadi ketika zat dipanaskan (menerima kalor), partikel-partikel zat bergetar lebih cepat sehingga saling menjauh dan benda memuai. Sebaliknya, ketika zat didinginkan (melepas kalor) partikel-partikel zat bergetar lebih lemah sehingga saling mendekati dan benda menyusut.

Muai panjang berbagai zat padat diselidiki dengan alat Musschenbrock. Dengan alat ini ditemukan bahwa muai panjang zat padat bergantung pada tiga faktor:

1.     panjang awal (lo) : makin besar panjang awal, maka makin besar muai panjang

2.     kenaikan suhu (DT): makin besar kenaikan suhu, maka makin besar muai panjang

3.     jenis bahan.

Pemuaian Zat Padat
Pada umumnya benda atau zat padat akan memuai atau mengembang bila dipanaskan dan menyusut bila didinginkan. Pemuaian dan penyusutan itu terjadi pada semua bagian benda, yaitu panjang, lebar, dan tebal benda tersebut.
Bila benda padat (misalnya logam) dipanaskan maka suhunya akan naik. Pada suhu yang tinggi atom-atom dan molekul-molekul penyusun logam tersebut akan bergetar lebih cepat dari biasanya sehingga mengakibatkan logam tersebut akan memuai ke segala arah. Pemuaian ini menyebabkan volume logam bertambah besar dan kerapatannya menjadi berkurang.
Dalam menjalankan tugasnya, para ahli konstruksi dan disain bangunan, jembatan, dan jalan raya harus memperhatikan sifat pemuaian dan penyusutan bahan karena perubahan suhu.
Jembatan umumnya dibuat dari besi baja yang saling disambungkan satu dengan lainnya. Untuk itu agar sambungan besi baja tidak melengkung, karena memuai akibat terik panas matahari atau menyusut di malam hari, maka sambungan-sambungan besi baja tidak boleh dipasang saling rapat satu dengan lainnya. Harus ada rongga yang cukup di antara sambungan-sambungan itu.
Seperti halnya sambungan logam pada jembatan, besibesi rel kereta api harus dipasang saling berongga untuk mencegah terjadinya kecelakaan kereta api yang disebabkan rel kereta api melengkung.

Karena sambungan rel kereta api berongga, maka suara berisik roda kereta api ketika melewati rel akan terdengar lebih keras di waktu malam hari dibandingkan siang hari. Mengapa?

Bimetal dibuat berdasarkan sifat pemuaian zat padat. Bimetal antara lain dimanfaatkan pada termostat.

Prinsip kerja thermostat sebagai berikut. Bila udara di ruangan dingin maka keping bimetal pada  akan menyusut, membengkok ke kiri, dan menyentuh logam biasa sehingga kedua ujungnya saling bersentuhan.

Sentuhan antara kedua ujung logam itu menjadikan rangkaian tertutup dan menyalakan pemanas sehingga ruangan menjadi hangat. Sebaliknya, apabila ruangan telah cukup hangat maka keping bimetal akan mengembang dan kembali ke posisi semula, yaitu membengkok ke kanan. Akibatnya ujung bimetal tidak bersentuhan lagi dengan logam biasa sehingga rangkaian pemanas menjadi terbuka dan pemanasan ruangan tidak terjadi lagi.

Keping bimetal adalah dua keping logam yang berbeda koefisien muai panjang dikeling menjadi satu. Jika dipanaskan, keping melengkung ke arah yang koefisien muainya lebih kecil dan jika didinginkan, keping melengkung ke arah logam yang koefisien muainya lebih besar. Sifat pelengkungan keping bimetal yang peka terhadap perubahan suhu dimanfaatkan pada saklar termal, termostat bimetal, dan lampu rem mobil.

Pemuaian Panjang
Pemuaian linier atau pemuaian panjang adalah pemuaian yang terjadi pada satu dimensi benda, misal pemuaian yang terjadi pada panjang suatu benda.

Pemuaian Luas dan Volume
Jika suatu benda berbentuk lempengan dipanaskan maka pemuaian terjadi pada kedua arah sisi-sisinya. Pemuaian semacam ini disebut pemuaian luas. Pemasangan pelat-pelat logam selalu memperhatikan terjadinya pemuaian luas. Pemuaian luas memiliki koefisien muai sebesar dua kali koefisien muai panjang.
Bagaimanakah pemuaian yang dialami oleh kelereng dan balok besi bila kedua benda tersebut dipanaskan? Benda-benda yang berdimensi tiga (memiliki panjang, lebar, dan tinggi), akan mengalami muai ruang bila dipanaskan. Pemuaian ruang memiliki koefisien muai tiga kali koefisien muai panjang.
Pernahkah kamu menjumpai daun pintu tidak dapat ditutupkan pada bingkai pintunya? Kaca jendela tidak dapat masuk ke dalam bingkainya? Hal itu terjadi karena pemasangan daun pintu dan kaca jendela terlalu rapat dengan bingkainya, sehingga ketika terjadi pemuaian atau penyusutan tidak tersedia lagi rongga yang cukup.

Pemuaian zat cair mengikuti bentuk wadahnya sehingga zat cair hanya mengalami muai volume saja. Muai volume zat cair juga bergantung pada jenis zat cair, yang dinyatakan oleh besaran koefisien muai volumnya. Telah diketahui bersama bahwa kenaikan suhu yang sama, volume alkohol lebih besar daripada muai volume raksa.

Termometer raksa menunjukkan bahwa untuk kenaikan suhu yang sama, muai volume zat cair (raksa) lebih besar daripada muai volume zat padat (pipa kapiler dari kaca). Dalam keseharian, jika teko berisi air hampir penuh dipanaskan, maka ketika mendidih sebagian air tumpah dari teko.

Pemuaian zat gas diselidiki dengan alat dilatometer. Diperoleh nilai koefisien muai untuk semua jenis gas sama, yaitu 1/273 /K atau 0,00367/K. Muai gas dapat dimanfaatkan termometer gas.

Masalah pemuaian zat dapat kita lihat dapat kehidupan sehari-hari, misalnya retaknya gelas tebal ketika diisi air mendidih. Ini karena sisi dalam gelas memuai lebih dahulu daripada sisi luarnya.
Beberapa cara untuk mengatasi masalah-masalah yang disebabkan oleh pemuaian zat adalah:
(1) ukuran bingkai kaca lebih besar daripada ukuran kaca,
(2) sambungan antara dua batang rel diberi celah,
(3) salah satu ujung jembatan yang memuai diberi celah,
(4) sambungan antara dua lintasan jalan beton diberi celah,
(5) kawat telepon atau kawat listrik dibiarkan kendor pada hari panas agar tidak putus ketika menyusut pada hari dingin.

Manfaat pemuaian zat dalam kehidupan sehari-hari antara lain:

(1) termometer zat cair (raksa dan alkohol),
(2) termometer gas,
(3) pengelingan pelat logam,
(4) pemasangan roda pada ban baja lokomotif atau pemasangan bingkai besi pada roda sado/pedati.