Pemuaian Volume: Pengertian, Rumus, Contoh Soal dan Pembahasan

Daftar Materi Fisika

• 1. Besaran Fisika
• 2. Vektor dan Resultan
• 3. Mekanika (Kinematika dan Dinamika)
• 4. Fisika Optik
• 5. Suhu dan Kalor

Advertisement

Baca Juga:

Pada umumnya semua zat memuai jika dipanaskan, kecuali air pada suhu di antara 0oC dan 4oC volumnya menyusut. Pemuaian zat umumnya terjadi ke segala arah, ke arah panjang, ke arah lebar dan ke arah tebal. Namun pada pembahasan tertentu mungkin kita hanya memandang pemuaian ke satu arah tertentu, misalnya ke arah panjang, sehingga kita hanya membahas pemuaian panjang.

Untuk zat cair karena bentuknya tidak tentu maka kita hanya membahas pemuaian volumnya. Sedangkan untuk zat padat, yang memiliki bentuk tetap, maka pada pemuaian zat padat dapat kita bahas pemuian panjang, pemuaian luas dan pemuaian volume.

Nah pada kesempatan kali ini kita akan mempelajari pengertian, rumus, contoh soal dan jawaban tentang pemuaian volume (pada zat padat, zat cair, dan zat gas). Untuk itu, silahkan kalian simak baik-baik penjelasan berikut ini.

Pengertian Pemuaian Volume dan Rumusnya

Untuk mencari pemuaian volume suatu benda, kita ambil contoh bahan berbentuk kubus padat dengan sisi s0. Ketika dipanaskan, setiap sisi akan mengalami muai panjang, sehingga panjang sisinya menjadi s. Perhatikan skema pemuaian volume pada kubus berikut ini.

Seperti pada saat mencari pemuaian luas, volume kubus setelah dipanaskan dapat dicari dengan persamaan berikut.

V = V0(1 + 3α∆T)

..... Pers. (1)

Dengan mendefinisikan 3α = γ, di mana γ menyatakan koefisien muai volume.

Koefisien muai volume adalah bilangan yang menunjukkan bertambahnya volume suatu benda dari volume asalnya per kenaikan suhu.

α merupakan koefisien muai panjang. Koefisien muai panjang pada beberapa bahan yang sering kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari dapat kalian lihat pada tabel berikut ini.

Tabel Koefisien Muai Panjang Berbagai Zat

Bahan	α (K-1)
Aluminium	2,4 × 10-5
Baja murni	1,0 × 10-5
Besi	1,2 × 10-5
Emas	1,4 × 10-5
Tembaga	1,7 × 10-5
Kuningan	2,1 × 10-5
Seng	3,0 × 10-5
Perak	1,0 × 10-5

Dengan demikian, persamaan (1) dapat dituliskan menjadi seperti berikut.

V = V0(1 + γ∆T)

........ Pers. (2)

Berdasarkan persamaan(2), maka kita dapat memperoleh persamaan koefisienmuai volume sebagai berikut.

γ	=	∆V	…………… Pers. (3)
		V0∆T

γ	=	V – V0	….… Pers. (4)
		V0(T – T0)

Keterangan:

V = volume benda setelah dipanaskan (m3)

V0 = volume benda mula-mula (m3)

γ = koefisien muai volume (per oC atau K-1)

∆V = pertambahan volume benda (m3)

T0 = suhu mula-mula benda (oC atau K)

T = suhu akhir benda setelah dipanaskan (oC atau K)

∆T = pertambahan suhu benda (oC atau K)

Poin Kunci!

Besar koefisien muai volume yang dimiliki suatu bahan adalah tiga kali besar koefisien muai panjangnya. γ = 3α

Selain terjadi pada benda padat, pemuaian volume juga terjadi pada benda cair dan gas. Contoh sederhana mengenai pemuaian volume pada benda atau zat cair adalah ketika air dipanaskan hingga mendidih. Ketika mendidih, air akan memuai sehingga mampu mengangkat tutup panci. Secara umum, volume zat cair akan bertambah jika dipanaskan.

Besarnya volume zat cair setelah dipanaskan dapat dicari dengan persamaan berikut.

V = V0(1 + γ∆T)

Sehingga:

γ	=	∆V
		V0∆T

γ	=	V – V0
		V0(T – T0)

Namun, air memiliki sifat yang istimewa dibandingkan zat cair lainnya. Air apabila didinginkan hingga mencapai suhu 4oC, volumenya akan menyusut. Akan tetapi, jika didinginkan lagi hingga mencapai suhu 0oC, volumenya justru akan bertambah atau memuai menjadi es. Perhatikan grafik volue air yang dipanaskan dari 0oC sampai 100oC berikut ini.

Nah, sifat air yang seperti ini dinamakan anomali air. Anomali air merupakan suatu gejala penting pada zat cair yang ada di alam. Zat lain yang mempunyai sifat seperti ini, misalnya bismuth dan parafin.

Selain zat cair, gas juga mengalami pemuaian volume. Contoh sederhana mengenai pemuaian gas adalah meletusnya ban sepeda saat ditempatkan di bawah terik matahari dalam jangka waktu tertentu. Hal ini terjadi karena volume gas atau udara di dalam ban akan mengembang atau memuai akibat terkena panas matahari.

Ada tiga faktor yang mempengaruhi pemuaian gas, yaitu tekanan, suhu, dan volume. Sementara itu, ada juga tiga Hukum yang terkait dengan pemuaian gas. Ketiga hukum yang dimaksud adalah Hukum Boyle, Hukum Charles, dan Hukum Gay Lussac. Kalian akan mempelajari ketiga hukum tersebut pada artikel lain secara khusus pada materi tentang Teori Kinetik Gas.

Lalu bagaimana cara kita menghitung perubahan volume gas? Untuk menghitung perubahan volume gas, kita perlu memerhatikan keadaan tekanan dan volume gas. Jika tekanan gas dianggap konstan, maka akan terjadi pemuaian volume. Besarnya pemuaian volume gas dapat dicari dengan persamaan berikut.

V = V0(1 + γ∆T)

Berbeda dengan zat cair, koefisien muai pada semua gas bernilai 1/273 K atau γ = 1/273 K, sehingga persamaan di atas menjadi:

V	=	V0	1	+	1	∆T	… Pers. (5)
					273

Dari persamaan (3), maka kita mendapatkan persamaan berikut.

∆V	=	1	Vo∆T	………...… Pers. (6)
		273

Keterangan:

∆V = perubahan volume gas (liter)

V = volume gas setelah dipanaskan (liter)

V0 = volume gas mula-mula (liter)

Contoh Soal dan Pembahasan

Untuk mengetahui penerapan persamaan pemuaian volume baik pada zat padat, cair maupun gas, silahkan kalian pelajari beberapa contoh soal dan pembahasannya berikut ini.

1. Sebuah besi bervolume 1 m3 dipanaskan dari 0oC sampai 1.000oC. Jika massa besi pada suhu 0oC adalah 7.200 kg dan koefisien muai panjangnya 1,1 ×10-5/oC, hitunglah massa jenis besi pada suhu 1.000oC.

Penyelesaian:

Diketahui:

V0 = 1 m3

γ = 3α = 3(1,1 × 10-5) = 3,3 × 10-5/oC

ρ = 7.200 kg/m3

∆T = 1000oC – 0oC = 1000oC

Ditanyakan: massa jenis besi setelah dipanaskan

Jawab:

□ Volume besi setelah dipanaskan adalah:

V = V0(1 + γ∆T)

V = 1[1 + (3,3 × 10-5)(1000)]

V = 1(1 + 3,3 × 10-2)

V = 1(1 + 0,033)

V = 1(1,033)

V = 1,033 m3

□ Setelah dipanaskan, volume benda berubah tetapi massanya tetap.

ρ	=	m
		V

ρ	=	7200 kg
		1,033 m3

ρ

=

6.969,99 kg/m3

Jadi, massa jenis besi menjadi 6.969,99 kg/m3.

2. Sebuah bola yang memiliki volume 50 m3 jika dipanaskan hingga mencapai temperatur 50oC. Jika pada kondisi awal, kondisi tersebut memiliki temperatur 0oC, tentukanlah volume akhir bola tersebut setelah terjadi pemuaian (diketahui α = 17 × 10-6/K).

Penyelesaian:

Diketahui:

V0 = 50 m3

∆T = 50oC – 0oC = 50oC = 323 K

γ = 3α = 3(17 × 10-6/K) = 51 × 10-6/K

Ditanyakan: V = …?

Jawab:

γ	=	∆V
		V0∆T

∆V = γV0∆T

∆V = (51 × 10-6)(50)(323)

∆V = 823.650 × 10-6

∆V =0,82 m3

Pertambahan volume adalah selisih volume akhir dengan volume mula-mula. Maka volume akhirnya adalah sebagai berikut.

∆V = V – V0

V = ∆V + V0

V = 0,82 m3 + 50 m3

V = 50,82 m3

Jadi, volume akhir bola setelah pemuaian adalah 50,82 m3.

3. Volume air raksa pada suhu 0oC adalah 8,84 cm3. Jika koefisien muai volume air raksa adalah 1,8 × 10-4/oC, berapakah volume air raksa setelah suhunya dinaikkan menjadi 100oC?

Penyelesaian:

Diketahui:

V0 = 8,84 cm3

γ = 1,8 × 10-4/oC

∆T = (100 – 0) = 100oC

Ditanyakan: V = …?

Jawab:

Untuk mencari V, kita dapat menggunakan rumus:

V = V0(1 + γ∆T)

V = 8,84[1 + (1,8 × 10-4)(100)]

V = 8,84(1 + 1,8 × 10-2)

V = 8,84(1 + 0,018)

V = 8,84(1,018)

V = 8,99 cm3

Jadi, volume air raksa setelah dipanaskan menjadi 8,99 cm3.

4. Volume gas pada suhu 27oC adalah 300 cm3. Berapakah volume gas jika suhunya diturunkan menjadi 15oC pada tekanan sama?

Penyelesaian:

V0 = 300 cm3

T0 = 27oC

T = 15oC

Ditanyakan: V saat 15oC

Jawab:

Untuk mencari volume pada suhu 15oC, kita dapat menggunakan persamaan berikut.

V	=	V0	1	+	1	∆T
					273

V	=	300	1	+	1	(15 – 27)
					273

V	=	300	1	+	-12
					273

V = 300[1 + (-0,044)]

V = 300(0,956)

V = 286,8 cm3

Jadi, volume gas saat bersuhu 15oC adalah 286,8 cm3.