Materi IPA SMP/MTs - Pemuaian

Pemuaian adalah bertambahnya ukuran benda (panjang, luas, atau volume) ketika benda dipanaskan. Hampir semua zat padat, cair, dan gas akan memuai jika suhu naik, dan menyusut jika suhu turun.

1. Pemuaian Panjang

Berlaku pada benda padat berbentuk batang atau kawat.

Rumus: \(\Delta L = L_0 \cdot \alpha \cdot \Delta T\)

Keterangan:
\(\Delta L\) = pertambahan panjang (m)
\(L_0\) = panjang awal (m)
\(\alpha\) = koefisien muai panjang (/°C)
\(\Delta T\) = perubahan suhu (°C)

Contoh sehari-hari:
• Rel kereta api diberi celah sambungan.
• Kabel listrik dipasang agak kendur.

2. Pemuaian Luas

Berlaku pada benda berbentuk lempeng atau bidang.

Rumus: \(\Delta A = A_0 \cdot \beta \cdot \Delta T\), dengan \(\beta = 2\alpha\).

Keterangan:
\(\Delta A\) = pertambahan luas (m²)
\(A_0\) = luas awal (m²)
\(\beta\) = koefisien muai luas (/°C)
\(\Delta T\) = perubahan suhu (°C)

Contoh sehari-hari:
• Tutup botol logam memuai jika direndam air panas.
• Kaca jendela diberi ruang pada bingkainya.

3. Pemuaian Volume

Berlaku pada benda tiga dimensi, cair, maupun gas.

Rumus: \(\Delta V = V_0 \cdot \gamma \cdot \Delta T\), dengan \(\gamma = 3\alpha\).

Keterangan:
\(\Delta V\) = pertambahan volume (m³)
\(V_0\) = volume awal (m³)
\(\gamma\) = koefisien muai volume (/°C)
\(\Delta T\) = perubahan suhu (°C)

Contoh sehari-hari:
• Termometer cairan memanfaatkan pemuaian volume.
• Ban kendaraan bisa meledak saat panas.

4. Contoh Soal

Soal 1 (Pemuaian Panjang):
Sebuah rel kereta panjangnya 5 m pada suhu 30 °C. Jika koefisien muai panjang baja \(\alpha = 1,2 \times 10^{-5} /°C\), berapa pertambahan panjang rel saat suhu naik menjadi 80 °C?

Langkah penyelesaian: ΔL = L0 × α × ΔT ΔL = 5 × 1,2 × 10⁻⁵ × (80 - 30) ΔL = 5 × 1,2 × 10⁻⁵ × 50 ΔL = 3 × 10⁻³ m = 3 mm Jawaban: Rel bertambah panjang 3 mm.

Soal 2 (Pemuaian Luas):
Sebuah pelat aluminium memiliki luas awal 200 cm² pada suhu 25 °C. Koefisien muai panjang aluminium \(\alpha = 2,4 \times 10^{-5} /°C\). Hitung pertambahan luas jika suhu naik menjadi 75 °C.

Langkah penyelesaian: β = 2 × α = 4,8 × 10⁻⁵ ΔA = A0 × β × ΔT ΔA = 200 × 4,8 × 10⁻⁵ × (75 - 25) ΔA = 200 × 4,8 × 10⁻⁵ × 50 ΔA = 0,48 cm² Jawaban: Pertambahan luas = 0,48 cm².

Soal 3 (Pemuaian Volume):
Sebuah wadah berisi 1 liter minyak pada suhu 20 °C. Koefisien muai volume minyak \(\gamma = 9 \times 10^{-4} /°C\). Hitung volume minyak saat suhunya naik menjadi 70 °C.

Langkah penyelesaian: ΔV = V0 × γ × ΔT ΔV = 1000 × 9 × 10⁻⁴ × (70 - 20) ΔV = 1000 × 9 × 10⁻⁴ × 50 ΔV = 45 cm³ Volume akhir = 1000 + 45 = 1045 cm³ (1,045 L) Jawaban: Volume minyak menjadi 1045 cm³.