Pemuaian Volume: Pengertian, Rumus, Pola Soal Dan Pembahasan

Pada umumnya semua zat memuai kalau 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, contohnya ke arah panjang, sehingga kita hanya membahas pemuaian panjang.

Untuk zat cair alasannya yaitu bentuknya tidak tentu maka kita hanya membahas pemuaian volumnya. Sedangkan untuk zat padat, yang mempunyai bentuk tetap, maka pada pemuaian zat padat sanggup kita bahas pemuian panjang, pemuaian luas dan pemuaian volume.

Nah pada kesempatan kali ini kita akan mempelajari pengertian, rumus, pola soal dan balasan perihal pemuaian volume (pada zat padat, zat cair, dan zat gas). Untuk itu, silahkan kalian simak baik-baik klarifikasi berikut ini.

Pengertian Pemuaian Volume dan Rumusnya

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

Seperti pada ketika mencari pemuaian luas, volume kubus sesudah dipanaskan sanggup 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 materi yang sering kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari sanggup 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) sanggup dituliskan menjadi menyerupai berikut.

V = V0(1 + γ∆T)

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

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

γ	=	∆V	…………… Pers. (3)
		V0∆T

γ	=	V – V0	….… Pers. (4)
		V0(T – T0)

Keterangan:

V = volume benda sesudah 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 selesai benda sesudah dipanaskan (oC atau K)

∆T = pertambahan suhu benda (oC atau K)

Poin Kunci!

Besar koefisien muai volume yang dimiliki suatu materi yaitu 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 yaitu ketika air dipanaskan hingga mendidih. Ketika mendidih, air akan memuai sehingga bisa mengangkat tutup panci. Secara umum, volume zat cair akan bertambah kalau dipanaskan.

Besarnya volume zat cair sesudah dipanaskan sanggup dicari dengan persamaan berikut.

V = V0(1 + γ∆T)

Sehingga:

γ	=	∆V
		V0∆T

γ	=	V – V0
		V0(T – T0)

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

Nah, sifat air yang menyerupai ini dinamakan anomali air. Anomali air merupakan suatu tanda-tanda penting pada zat cair yang ada di alam. Zat lain yang mempunyai sifat menyerupai ini, contohnya bismuth dan parafin.

Selain zat cair, gas juga mengalami pemuaian volume. Contoh sederhana mengenai pemuaian gas yaitu meletusnya ban sepeda ketika ditempatkan di bawah terik matahari dalam jangka waktu tertentu. Hal ini terjadi alasannya yaitu volume gas atau udara di dalam ban akan mengembang atau memuai akhir 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 aturan yang dimaksud yaitu Hukum Boyle, Hukum Charles, dan Hukum Gay Lussac. Kalian akan mempelajari ketiga aturan tersebut pada artikel lain secara khusus pada materi perihal 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 sanggup 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 mendapat persamaan berikut.

∆V	=	1	Vo∆T	………...… Pers. (6)
		273

Keterangan:

∆V = perubahan volume gas (liter)

V = volume gas sesudah 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 pola soal dan pembahasannya berikut ini.

1. Sebuah besi bervolume 1 m3 dipanaskan dari 0oC hingga 1.000oC. Jika massa besi pada suhu 0oC yaitu 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 sesudah dipanaskan

Jawab:

□ Volume besi sesudah 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 mempunyai volume 50 m3 jika dipanaskan hingga mencapai temperatur 50oC. Jika pada kondisi awal, kondisi tersebut mempunyai temperatur 0oC, tentukanlah volume selesai bola tersebut sesudah 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 yaitu selisih volume selesai dengan volume mula-mula. Maka volume hasilnya yaitu sebagai berikut.

∆V = V – V0

V = ∆V + V0

V = 0,82 m3 + 50 m3

V = 50,82 m3

Jadi, volume selesai bola sesudah pemuaian yaitu 50,82 m3.

3. Volume air raksa pada suhu 0oC yaitu 8,84 cm3. Jika koefisien muai volume air raksa yaitu 1,8 × 10-4/oC, berapakah volume air raksa sesudah 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 sanggup memakai 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 sesudah dipanaskan menjadi 8,99 cm3.

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

Penyelesaian:

V0 = 300 cm3

T0 = 27oC

T = 15oC

Ditanyakan: V ketika 15oC

Jawab:

Untuk mencari volume pada suhu 15oC, kita sanggup memakai 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 ketika bersuhu 15oC yaitu 286,8 cm3.