Prinsip pemuaian zat banyak diterapkan dalam kehidupan sehari-hari. Berikut ini adalah beberapa contoh penerapan serta penjelasannya.
1. Pemasangan Kaca Jendela
Pemasangan kaca jendela memperhatikan juga ruang muai bagi kaca sebab koefisien muai kaca lebih besar daripada koefisien muai kayu tempat kaca tersebut dipasang. Hal ini penting sekali untuk menghindari terjadinya pembengkokan pada bingkai.
2. Pemasangan Jembatan Besi/Baja dan Pemasangan Rel Kereta Api
Penyambungan rel kereta api dan jembatan besi maupun baja harus menyediakan celah antara satu batang dengan batang yang lain. Jika suhu meningkat, maka batang akan memuai hingga akan bertambah panjang. Dengan diberikannya ruang muai antar batang maka tidak akan terjadi desakan antar batangi yang akan mengakibatkan batang menjadi bengkok.
3. Pemasangan Bingkai Besi pada Roda Pedati dan Kereta Api
Bingkai roda pedati dan roda kereta api pada keadaan normal dibuat sedikit lebih kecil daripada tempatnya sehingga tidak dimungkinkan untuk dipasang secara langsung pada tempatnya.
Untuk memasang bingkai tersebut, terlebih dahulu besi harus dipanaskan hingga memuai dan ukurannya pun akan menjadi lebih besar daripada tempatnya sehingga memudahkan untuk dilakukan pemasangan bingkai tersebut. Ketika suhu mendingin, ukuran bingkai kembali mengecil dan terpasang kuat pada tempatnya.
4. Pemasangan Jaringan Listrik dan Telepon
Kabel jaringan listrik atau telepon dipasang kendur saat siang hari dari tiang satu ke tiang lainnya sehingga saat udara dingin panjang kabel akan sedikit berkurang dan mengencang. Jika kabel tidak dipasang kendur, maka saat terjadi penyusutan kabel akan terputus.
5. Teknologi Bimetal
Bimetal adalah alat yang terdiri dari dua logam yang berbeda nilai koefisien muai panjangnya atau yang berbeda kecepatan pemuaiannya, direkatkan menjadi satu. Misalnya bimetal terbuat dari besi dan tembaga sebelum dipanaskan bimetal itu dalam keadaan lurus kemudian setelah dipanaskan, bimetal akan melengkung ke arah logam (besi) yang nilai koefisien muai panjangnya kecil atau lambat memuai.
Selanjutnya, apabila bimetal didinginkan akan melengkung ke arah logam (tembaga) yang nilai koefisien muai panjangnya besar atau cepat memuai
Berikut adalah teknologi yang menggunakan prinsip kerja bimetal.
(a) Termostat
Cara kerjanya yaitu apabila udara di ruangan dingin, lempengan bimetal akan menyusut, lurus, dan menyentuh lempengan logam biasa sehingga kedua ujung lempengan tersebut saling bersentuhan. Sentuhan antara kedua ujung logam itu menjadikan adanya kontak dengan arus listrik, arus listrik masuk dan rangkaian pemanas tertutup yang menyalakan pemanas sehingga ruangan menjadi hangat.
Sebaliknya, apabila ruangan telah cukup hangat, maka lempengan bimetal akan mengembang dan kembali ke posisi semula, yaitu membengkok, tidak kontak dengan arus listrik, arus listrik terputus, sehingga rangkaiannya terbuka, pemanas terputus, dan pemanasan ruangan selesai.
(b) Sakelar Otomatis pada Setrika Otomatis
Pada setrika otomatis terdapat alat untuk memutuskan dan menghubungkan arus listrik secara otomatis, yang disebut sakelar otomatis.
Prinsip kerja sakelar otomatis yaitu apabila suhu sudah cukup tinggi, bimetal akan melengkung menjauhi kontak, arus listriknya putus, setrika akan menjadi dingin. Ketika dingin, bimetal menyentuh kontak, maka arus listrik mengalir kembali, sehingga setrika kembali panas.
(c) Alat Pemberitahu Kebakaran
Apabila ada kenaikan suhu di sekitar alat ini, bimetal menyentuh kontak sehingga arus listrik mengalir menuju bel listrik. Bel listrik akan berbunyi, yang menandakan ada kebakaran atau panas.
(d) Termometer Bimetal
Termometer ini terbuat dari bimetal yang melengkung. Salah satu ujungnya dijepit sehingga tidak dapat bergerak. Ujung yang satunya lagi bebas bergerak dan dihubungkan dengan jarum penunjuk.
Prinsip kerjanya apabila suhu naik, bimetal menjadi lebih melengkung. Jarum penunjuk bergerak ke kanan. Sebaliknya apabila suhu turun, bimetal menjadi lebih lurus. Jarum bergerak ke kiri.
6. Pengelingan Pelat Logam
Mengeling yaitu menyambung dua pelat dengan paku keling.
Prinsip kerjanya yaitu mula-mula kedua logam yang akan dikeling sudah dilubangi. Bagian lubangnya dipanaskan hingga agak besar dengan tujuan agar paku keling mudah masuk. Setelah paku masuk, pemanasan dihentikan dan paku ditempa agar setelah suhu dingin lubang logam akan menyusut dan mengikat erat paku keling.
britannica.com
Ilustrasi pemuaian zat padat, cair, dan gas
KOMPAS.com - Pemuaian adalah peristiwa perubahan dimensi atau ukuran suatu benda akibat perubahan suhu.
Disadur dari Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan Republik Indonesia, dimensi yang dimaksud dapat berupa dimensi panjang, luas, dan volume.
Dimensi benda umumnya memuai jika mengalami kenaikan suhu, sedangkan menyusut jika mengalami penurunan suhu.
Setiap zat tersusun dari banyak partikel yang selalu bergetar. Ketika suhu bertambah, kecepatan getar meningkat, menyebabkan kebutuhan ruang antarpartikel bertambah pula.
Pemuaian juga terbagi menjadi tiga, yaitu:
Pemuaian pada zat padat
Pemuaian pada zat padat dapat dikelompokkan menjadi tiga, yaitu:
Muai panjangPemuaian terjadi di segala arah, sehingga panjang, luas, dan ukuran volume zat akan bertambah.
Untuk zat padat yang bentuknya memanjang dan berdiameter kecil, sehingga panjang benda jauh lebih besar daripada diameter seperti kawat. Pertamabahan luas dan volume akibat pemuaian dapat diabaikan.
Baca juga: Termometer dan Jenisnya
Sebaliknya, yang diperhatikan hanya pertambahan ukuran panjang.
Pemuaian yang hanya berpengaruh secara nyata pada pertambahan panjang zat disebut muai panjang.
Salah satu alat yang digunakan untuk menyelidiki mulai panjang zat padat adalah musschenbroek.
Alat tersebut mengukur muai panjang zat berbentuk batang. Salah satu ujung batang ditempatkan pada posisi tetap, sehingga ujung yang lain dapat bergerak bebas.
Ujung bebas akan mendorong sebuah jarum yang menunjuk ke skala saat memuai.
Besar pemuaian dapat dilihat dari skala yang ditunjuk jarum. Makin besar pemuaian, maka makin besar perputaran jarum pada skala.
Pertambahan panjang suatu zat secara fisis, yaitu:
- Berbanding lurus dengan panjang mula-mula
- Berbanding lurus dengan perubahan suhu
- Bergantung dari jenis zat
Pertambahan panjang setiap zat berbeda-beda bergantumg pada koefisien zat. Pertambahan panjang zat padat untuk kenaikan 1 derajat selsius lada zat sepanjang satu meter disebut koefisien muai panjang.
Baca juga: Suhu dan Termometer: Arti dan Jenisnya
Muai luasMuai luas dapat diamati pada kaca jendela, pada saat suhu udara panas, dan suhu kaca menjadi naik sehingga terjadi pemuaian.
Maka kaca memuai lebih besar daripada pemuaian bingkainya, akibatnya kaca terlihat terpasang sangat rapat pada bingkai.
Benda yang mengalami muai luas akan menjadi lebih besar daripada semula.
Pemuaian yang terjadi pada benda padat jika ketebalannya jauh lebih kecil dibandingkan panjang dan lebarnya, maka yang terjadi adalah muai luas.
Pertambahan luas suatu zat bila dipanaskan akan:
- Berbanding lurus dengan luas mula-mula
- Berbanding lurus dengan perubahan suhu
- Bergantung dari jenis zat
Jika benda yang dipanaskan berbentuk balok, kubus, atau benda pejal lainnya, muai volumlah yang harus diperhatikan.
Pertambahan volume suatu zat yang dipanaskan, secara fisis akan:
- Berbanding lurus dengan panjang mula-mula
- Berbanding lurus dengan perubahan suhu
- Bergantung dari jenis zat
Pemuaian pada zat cair
Pada zat cair umumnya yang berlaku adalah pemuaian ruang (volume).
Semakin tinggi kenaikan suhu, makin besar penambahan volume zat cair.
Pemuaian zat cair yang satu dengan yang lain umumnya berbeda, namin zat cair pada awalnya sama. Untuk seluruh zat cair pemuaian makin besar jika kenaikan suhu bertambah besar.
Pemuaian zat cair dimanfaatkan dalam penggunaan termometer zat cair, biasanya zat cair yang digunakan adalah raksa atau alkohol.
Sifat naik atau turun zat cair dalam pipa kapiler sebagai akibat pemuaian zat cair inilah yang digunakan untuk mengukur suhu.
Baca juga: Hukum Gravitasi Newton
Permukaan zat cair naik sepanjang pipa kapiler dan berhenti pada posisi tertentu yang sesuai dengan suhu benda.
Suhu terukur dinyatakan oleh skala yang berimpit dengan permukaan zat cair pada pipa kapiler tersebut.
Pemuaian yang terjadi pada zat cair adalah muai volume. Air yang keluar dari bejana merupakan indikasi perbedaan pemuaian yang berbeda antara zat padat dan cair.
Air yang tertumpah dari bejana menandakan pemuaian zat cair yang lebih besar dari muai zat padat.
- Penerapan pemuaian zat cair
Prinsip kerja termometer zat cair menggunakan prinsip dasar pemuaian zat cair. Naiknya permukaan raksa mengindikasikan adanya pemuaian.
Semakin besar panas yang diterima, semakin besar pula tingkat kenaikan raksa.
Hampir semua zat jika dipanaskan akan memuai dan jika didinginkan akan menyusut.
Namun, pada air tidak selalu terjadi seperti itu. Jika dipanaskan dari 0 derajat selsius sampai 4 derajat selsius, volumenya justru menyusut.
Sebaliknya, air akan memuai jika mengalami pendinginan dari 4 derajat selsius sampai 0 derajat selsius. Hal ini disebut anomali air.
Fenomena anomali air tersebut menjelaskan mengapa pada musim dingin, hanya air di permukaan danau yang menjadi es sedangkan di bagian bawah ikan-ikan masih berenang.
britannica.com
Ilustrasi pemuaian gas
Pemuaian gasGas memiliki sifat yang berbeda dengan zat padat dan zat cair. Pada gas besaran volume selalu berhubungan dengan besaran lainnya, yaitu tekanan dan suhu.
Artinya perubahan suhu akan berpengaruh baik pada volume dan juga pada tekanan.
Baca juga: Hukum Kepler dalam Gerak Tata Surya
Namun, kita dapat membuat kondisi jika tekanan diusahakan selalu tetap, sehingga perubahan suhu hanya berpengaruh pada volume.
Sebaliknya, volume yang dijaga konstan sehingga perubahan suhu hanya berimbas pada tekanan.
Kedua keadaan tersebut berlaku dengan asumsi jumlah partikel penyusun gas tetap.
Dapatkan update berita pilihan dan breaking news setiap hari dari Kompas.com. Mari bergabung di Grup Telegram "Kompas.com News Update", caranya klik link //t.me/kompascomupdate, kemudian join. Anda harus install aplikasi Telegram terlebih dulu di ponsel.