PEMUAIAN

a. Muai Panjang, Muai Luas, dan Muai Ruang

Pada umumnya semua benda jika temperaturnya naik akan memuai dan temperatur diturunkan akan menyusut. Kecuali air yang temperaturnya dinaikkan dari 0,5 derajat celcius ke 40 derajat celicius air tersebut akan menyusut. Anomali semacam ini dimanfaatkan oleh kehidupan ikan pada musim salju, di mana air di permukaan danau atau sungai akan membeku. Ikan akan bertahan hidup pada kedalaman tertentu, mengapa? Pemuaian suatu benda mempunyai dimensi panjang disebut muai panjang, dimensi luas yang disebut muai luas dan dimensi volume disebut muai volume, lihat gambar 7.5!

Gambar 7.5 Muai panjang (a), muai luas (b), dan muai ruang (c)

Gambar 7.5 menunjukkan bahwa setiap kenaikan temperatur akan menunjukkan perubahan panjang ( $\Delta L$ ), perubahan luas ( $\Delta A$ ), dan perubahan volume ( $\Delta V$ ). Kesebandingan antara perubahan temperatur dan perubahan panjang disebut koefisien muai panjang ( $\alpha$ ), muai luas disebut koefisien muai luas ( $\beta = 2\alpha$ ) muai volume disebut koefisien muai volume ( $\gamma = 3\alpha$ ) yang secara keseluruhan tergantung pada jenis benda, lihat tabel 7.3 Jika T dinyatakan dalam $^{0}\textrm{C}$ maka $\alpha$ dinyatakan dalam $(^{0}\textrm{C})^{-1}$ . Misalkan sebuah aluminium mempunyai nilai 24 $\times$ ( $10^{-6}$ ) $(^{0}\textrm{C})^{-1}$ , ini berarti setiap perubahan temperatur $^{0}\textrm{C}$ terjadi perubahan panjang aluminium sebesar 24 per satu juta dari panjang mula-mula.

Tabel 7.3 menunjukkan bahwa nilai $\alpha$ positif berarti setiap kenaikan temperatur diikuti oleh kenaikan panjang benda tersebut. Namun tidak semua berlaku ketentuan ini misalkan bentuk anisotropik dari kristal $CaCO_{3}$ (kalsit) di mana penambahan temperatur mengakibatkan pertambahan panjang, nilai

positif di sisi lain terjadi penyusutan, nilai

negatif. Buktikan bahwa $\beta = 2\alpha$ dan $\gamma = 3\alpha$ !

b. Anomali Air

Dari hasil pengamatan (diterangkan di kelas II SMP), kristal es mempunyai rongga-rongga yang cukup besar tetapi pada air lebih rapat daripada dalam es karena es terapung di air karena adanya rongga-rongga yang lebih besar pada kristal es tadi, menyebabkan kenaikan suhu dari 0 $^{0}\textrm{C}$ ke 4

air menyusut.

Gambar 7.6 Grafik volume terhadap suhu pada air (a) dan grafik massa jenis air terhadap suhu (b)

a. Pemuaian Gas

Sifat gas yang mempunyai massa (m) ditentuka beberapa variabel yang sangat menentukan keadaan gas yaitu volume (V), tekanan (P), dan temperatur (T). Ini perlu diketahui bagaimana hubungan variabel-variabel tersebut. Secara umum, persamaan yang menghubungkan variabel-variabel tersebut disebut persamaan state dan persamaan ini sangat kompleks. Untuk gas yang mempunyai kerapatan rendah mempunyai persamaan yang sederhana dan gas tersebut bertingkah laku sebagai gas ideal. Hampir semua gas yang berada pada temperatur kamar dan tekanan 1 atmosfer bertingkah laku sebagai gas ideal. Apa yang dimaksud gas ideal? Gas ideal mempunyai beberapa ciri di antaranya adalah :

1. Tumbukan antara atom atau molekul berlaku tumbukan lenting sempurna.

2. Tidak ada interaksi antar molekul.

3. Energi dalam yang dimiliki oleh atom atau molekul dalam bentuk energy kinetik.

4. Perubahan energi dalam diikuti oleh perubahan temperatur.

Hubungan antara ketiga variabel tersebut di mana pada temperatur konstan adalah :

P V = konstan

Persamaan di atas disebut hukum Boyle, di mana P dinyatakan dalam Pascal (Pa), dinyatakan dalam $m^{3}$ . Perhatikan bahwa 1 atmosfer = 760 mmHg = 101,3kPa!

Hubungan antara V dan T di mana P konstan, dapat ditulis :

$\frac{V}{T}=konstan$

Persamaan di atas disebut hukum Gay Lussac, di mana T dinyatakan K.

Hubungan antara P dan T, dimana volume konstan adalah :

$\frac{P}{T}=konstan$

Secara umum dapat dirumuskan sebagai :

$\frac{PV}{T}=konstan$

Persamaan di atas disebut hukum Boyle Gay Lussac, jika gas tersebut bermassa m, maka dapat ditulis dalam bentuk :

$PV=nRT\Rightarrow PV=NRT\Rightarrow n=\frac{m}{M}$

dengan n adalah banyaknya mol, M adalah berat atom atau molekul, R adalah konstanta gas yang besarnya = 8,3145 $Jmol^{-1}K^{-1}$ , N adalah banyaknya atom atau molekul, k adalah konstanta Boltzman = $1,38066\times 10^{23}JK^{-1}=8,617385\times 10^{-5}eVK^{-1}$ , $k=\frac{R}{N_{A}}$ dan $N_{A}$ adalah bilangan Avogadro = $6,0221\times 10^{23}$ .
Gambar 7.7 menunjukkan hubungan ketiga variabel V, T, dan P dimana $V_{f},T_{f},P_{f}$ bekerja pada volume, temperatur, dan tekanan akhir, dan $V_{i},T_{i},P_{i}$ bekerja pada volume, temperatur dan tekanan mula-mula.