TEKNOLOGI PEMBELAJARAN FISIKABAHAN AJAR FISIKAPEMUAIAN PANJANG

Dosen :Lia Angraini, S.Si., M.Pd.

Disusun oleh :Wahyu Saputra (321300017)

Kelas :B Sore

FAKULTAS MIPA & TEKNOLOGIINSTITUT KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN PERSATUAN GURU

REPUBLIK INDONESIA PONTIANAK(IKIP PGRI PONTIANAK)

2014/2015

A. STANDAR KOMPETENSI1. Menerapkan konsep perubahan zat dalam pemuaian panjang.

B. KOMPETENSI DASAR1.1 Menganalisis pengaruh kalor terhadap suatu zat dalam pemuaian panjang,1.2 Menganalisis cara perpindahan kalor dalam pemuaian panjang.

C. INDIKATOR1. Mengamati percobaan sederhana untuk menyelidiki Pemuaian Panjang.2. Menjelaskan konsep Pemuaian Panjang.3. Menganalisis konsep Pemuaian Panjang dalam kehidupan sehari-hari.4. Mempraktikan Pemuaian Panjang dalam kehidupan sehari-hari.

D. TUJUANSetelah mempelajari materi ini siswa diharapkan mampu:1. Menganalisis pengaruh perubahan suhu benda terhadap ukuran benda (pemuaian),2. Memaparkan faktor-faktor yang mempengaruhi besar pemuaian zat padat,3. Membedakan besar pemuaian panjang pada berbagai zat secara kuantitatif,4. Menganalisis pengaruh kalor terhadap perubahan suhu benda,5. Menganalisis pengaruh kalor terhadap perubahan wujud benda,6. Menjelaskan peristiwa perubahan wujud dan karakteristiknya serta memberikan

contohnya dalam kehidupan sehari-hari.

E. MATERI POKOK/SUB MATERI- Pemuaian Panjang

1. PEMUAIANPada umumnya suatu zat akan memuai ketika dipanaskan dan

menyusut ketika didinginkan. Walaupun pemuaian ini biasanya cukup keciluntuk bisa diamati, namun fenomena ini sangat penting karena gaya yangdihasilkan sangat besar dan harus diperhitungkan untuk rancang banguntertentu seperti rel kereta api, jembatan baja, atau sambungan beton di jalanraya. Pada saat sebuah benda dipanaskan, gerakan molekul-molekulnyasemakin cepat, yang menyebabkan semakin besar.

2. PEMUAIAN TERMAL/PEMUAIAN ZATPemuaian termal adalah pemuaian suatu zat (padat, cair, dan gas) yang

disebabkan oleh kenaikkan suhu zat itu.

a. Pemuaian Zat PadatZat padat yang dipanaskan akan mengalami pemuaian panjang,

pemuaian luas, dan pemuaian volume. Pemuaian zat sebenarnya terjadi kesegala arah. Akan tetapi dalam hal-hal tertentu kita dapat memperhatikanpada arah panjangnya saja, misalnya pemuaian pada batang logam ataumungkin pada luas permukaan tertentu saja, misalnya pemuaian padakepingan kaca jendela.

Menurut teori partikel, pada zat padat partikel-pertikelnya, yaitu:1) Tersusun sangat rapi dan rapat (sangat berdekatan),2) Gaya tarik-menarik antar partikel-partikelnya (partikel zat) sangat

kuat,3) Bentuknya tetap.

Jika suatu benda padat dipanaskan (dinaikkan suhunya), makapartikel-partikelnya akan bergetar lebih cepat. Akibatnya kecepatan partikelmeningkat (bertambah) sehingga energi kinetiknya menjadi lebih besar.Partikel yang telah terpanaskan itu akan menumbuk partikel tetangganya

yang masih bersuhu lebih rendah, begitu seterusnya. Jika panas terusdiberikan, lama kelamaan panjang benda padat itu akan bertambah karenajarak antar partikelnya menjauh. Peristiwa ini disebut pemuaian panjang.

b. Pemuaian PanjangJika suatu benda berbentuk batang yang panjangnya L0 dipanaskan

sehingga suhunya berubah sebesar T, maka benda tersebut akan memuaiseperti pada gambar 1.1.

L0 L

Gambar 1.1 Pemuaian Panjang

Pertambahan panjang L adalah sebanding dengan panjang mula-mulaL0, jenis benda (yang dinyatakan dengan koefisien muai panjang ) danperubahan suhu T.

Gambar 1.2 Pemuaian Panjang setelah dipanaskan

L = L0T (1-2)Oleh karena itu, panjang akhir setelah pemuaian dapat dirumuskan sebagai

L = L0 + LL = L0 + L0TL = L0 (1 + T) (1-2)

denganL = panjang akhir (m)L0 = panjang mula-mula (m) = koefisien muai panjang (/0C-1 atau /K-1)T = perubahan suhu (0C atau K)

Tabel 1.1 koefisien muai panjang untuk berbagai zatKoefisien Pemuaian Berbagai Zat

Material Koefisien Muai Panjang(/0C)Es pada 00CTimahAluminiumKuninganTembagaBetonBajaGelasPyrexIntanInvarSekring Kwarsa

51 x 10-629 x 10-623 x 10-619 x 10-617 x 10-612 x 10-611 x 10-69 x 10-63,2 x 10-61,2 x 10-60,7 x 10-60,5 x 10-6

c. Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Pertambahan Panjang BendaKetika Dipanaskan1) Kenaikan suhu (t)2) Panjang benda mula-mula (L0)3) Jenis zat pada/benda yang dipanaskan

d. Koefisien Muai PanjangSetiap zat mempunyai nilai (koefisien) atau konstanta yang

menyatakan berapa pertambahan panjangnya jika suhunya dinaikkan sebesar10C atau 1 Kelvin. Nilai ini disebut koefisien muai panjang/muai linier ().

= nilai yang menyatakan pertambahan panjang suatu zat padat, jikasuhunya dinaikkan sebesar 10C atau 1 Kelvin.

e. Kerugian Dan Keuntungan Akibat PemuaianPemuaian zat padat ternyata membawa beberapa kerugian, khususnya

pada konstruksi seperti jembatan, jalan raya, dan rel kereta api, di manasetiap hari secara terus-menerus mengalami perubahan suhu akibat panassinar Matahari dan dinginnya udara di malam hari. Untuk itu, paraperancang konstruksi harus memberikan ruang lebih yang memungkinkanbahan-bahan konstruksi tersebut memuai. Ruang lebih inilah yang harusbenar-benar diperhitungkan, tidak boleh kurang dan tidak boleh berlebihan.

Di samping merugikan, pemuaian juga bias dimanfaatkan, misalnyauntuk memasang roda logam (besi) pada sebuah lokomotif. Untukmenghasilkan suatu ban baja yang bisa menempel kuat pada roda,diameter dalam ban baja dibuat sedikit lebih kecil daripada diameter luarroda. Ban baja kemudian dipanaskan sehingga memuai dan diameternyamenjadi lebih besar daripada diameter roda. Dengan demikian, ban baja bisadipasang pada roda. Ketika ban baja ini mendingin, ia mengerut (menyusut)sehingga pasangan ban baja ini sangat kuat.

f. Contoh Pemuaian Panjang Dalam Kehidupan Sehari-hariPernahkah kamu mengamati kabel jaringan listrik pada pagi hari dan

siang hari? Kabel jaringan akan tampak kencang pada pagi hari dan tampakkendor pada siang hari. Kabel tersebut mengalami pemuaian panjang akibatterkena panas sinar matahari. Pada pemasangan kaca jendela juga kacanyaharus dipasang renggang pada bingkainya, supaya saat terjadi pemuaiankaca tidak akan pecah.

Gambar 1.3 Pemasangan kaca pada bingkai

Alat yang digunakan untuk menyelidiki pemuaian panjang berbagaijenis zat padat adalah musschenbroek. Pemuaian panjang suatu bendadipengaruhi oleh panjang mula-mula benda, besar kenaikan suhu, dantergantung dari jenis benda.

Gambar 1.4 Musschenbroek

Besarnya panjang logam setelah dipanaskan adalah sebesar

Besarnya panjang zat padat untuk setiap kenaikan 1C pada zat sepanjang1 m disebut koefisien muai panjang (). Hubungan antara panjang benda,suhu, dan koefisien muai panjang dinyatakan dengan persamaan

Keterangan:L = Panjang akhir (m)L0 = Panjang mula-mula (m)L = Pertambahan panjang (m) = Koefisien muai panjang (/C)t = kenaikan suhu (C)

Tabel 1.2 Koefisien Muai Panjang Benda

g. Manfaat Pemuaian Yang Sering Kita Jumpai Dalam KehidupanSehari-Hari1) Pengelingan

Menyambung dua pelat dengan menggunakan paku khususdengan proses khusus disebut mengeling. Bagaimanakah carapemasangan paku keling? Paku keling yang dipakai untukmengeling sesuatu dalam keadaan panas sampai berpijar dandimasukkan ke dalam lubang pelat yang hendak kita keling.Kemudian paku bagian atas dipukul-pukul sampai rata. Setelahdingin paku keling tersebut akan menyusut dan menekan kuatpelat tersebut. Pengelingan dapat kamu jumpai pada pembuatanbadan kapal laut.

2) Keping bimetalDua keping logam yang mempunyai koefisien muai

panjang berbeda dikeling menjadi satu disebut keping bimetal.Keping bimetal peka terhadap perubahan suhu. Jika kepingbimetal dipanaskan, maka akan melengkung ke arah logam yangangka koefisien muai panjangnya kecil. Bila didinginkan, keping

bimetal akan melengkung ke arah logam yang angka koefisienmuai panjangnya besar. Perbedaan pemuaian ini dipakai sebagaitermostat. Termostat adalah alat yang berfungsi ganda sebagaisaklar otomatis dan sebagai pengatur suhu. Beberapa alat yangmemanfaatkan keping bimetal dalam termostat, antara lain:setrika listrik, lemari es, bel listrik, alarm kebakaran, lampu senmobil atau motor, rice cooker, oven.

3) Pemasangan bingkai roda logam pada pedati dan kereta apiRoda pedati dan roda kereta api memiliki ukuran lebih kecil

daripada ukuran bingkainya. Untuk dapat memasang roda logamtersebut , maka dengan cara pemanasan. Hal ini mengakibatkanroda logam akan mengalami pemuaian. Kemudian roda logamtersebut dipasang pada bingkainya, setelah dingin roda akanmenyusut dan terpasang pada bingkainya dengan kuat.

Gambar 1.5 Pemasangan sambungan rel kereta

3. CONTOH SOAL DAN PEMBAHASAN PEMUAIAN PANJANG1. Sebatang baja panjang 2 meter dinaikkan suhunya sampai 300C.

Berapa panjang baja itu sekarang?Penyelesaian :Diketahui : = 11 x 10-6 /0CL0 = 2 mT = 300C

Ditanya: L = ?Jawab :L = L0 T

= 2 x (11 x 10-6) x 300C= 6,6 x 10-4m= 0,00066 m

L = L0+ L= 2 + 0,00066= 2,00066 m

2. Panjang sebatang alumunium pada suhu 0 C adalah 100 cm. Berapapanjang pada suhu 100 C, bila angka muai panjangnya 0,000026/ C?Penyelesaian:Diketahui :t0 = 0 Ct1 = 1000CL0 = 100 cm = 0,000026/C

Ditanya : L1 = ?Jawab :L1 = L0 (1 + t)

= 100{1 + 0,000026 (100-0)}= 100{1 + 0,000026 x100}= 100 {1,0026}= 100,26 cm

IDENTITAS BUKU1. Judul Buku : IPA FISIKA Untuk SMA Kelas X2. Penulis : Drs. Supiyanto, M.Si3. Penerbit : Phibeta4. Kota dan Tahun Terbit : Jakarta, 20065. Sekolah : SMA6. Nomor ISBN : 979-781-782-27. Materi : Pemuaian Panjang