Alat yang digunakan untuk menyelidiki pemuaian zat padat disebut Muschen Broek. Dalam eksperimen yang dilakukan menunjukkan bahwa hampir semua benda padat apabila dipanaskan mengalami perubahan panjang, luas dan volume. Berikut akan dijelaskan pemuaian zat padat yang meliputi pemuaian panjang, pemuaian luas, dan pemuaian volume.
Pemuaian Panjang Zat Padat
Zat padat adalah zat yang memiliki partikel-partikel yang sangat berdekatan dan teratur. Apabila dipanaskan, partikelnya bergetar dan saling menjauh. Akibatnya, ukuran zat padat membesar yang disebut memuai. Sebaliknya apabila didinginkan partikel-partikelnya saling mendekat, akibatnya ukuran zat padat mengecil yang disebut menyusut. Pada umumnya zat padat apabila dipanaskan akan memuai.
Faktor yang mempengaruhi pemuaian adalah:
1) Panjang benda. Semakin panjang ukuran suatu benda padat yang dipanaskan, maka semakin besar pemuaiannya. Contohnya, sebuah batang besi yang panjangnya 1 m sebelum dipanaskan akan memuai menjadi dua kali lipat dari pemuaian batang besi lainnya yang panjangnya 0,5 m sebelum dipanaskan.
2) Besarnya perubahan suhu. Semakin besar perubahan suhu yang dialami suatu benda antara sebelum dan sesudah dipanaskan, semakin besar pula pemuaiannya. Contohnya ada dua batang besi, yaitu batang besi A panjangnya 1 m suhu awalnya 30°C dipanaskan sampai suhu 100°C, sedangkan besi B panjangnya 1 m dengan suhu awalnya 30°C dipanaskan sampai suhu 80°C. Maka setelah dipanaskan pemuaian panjang besi A lebih besar dari besi B, karena besi A mengalami perubahan suhu sebesar 70°C, sedangkan besi B mengalami perubahan suhunya sebesar 50°C.
3) Jenis zat padatnya. Misalnya aluminium, pemuian aluminium lebih besar dibanding baja dan tembaga. Hal ini berarti pertambahan panjang alumunium lebih besar dari tembaga dan baja. Contohnya apabila panjang aluminium sebelum dipanaskan 1 meter, dan setelah dipanaskan 1°C bertambah 0,000026 meter, apabila panjang tembaga sebelum dipanaskan 1 meter, dan setelah dipanaskan 1°C bertambah 0,000017 meter, dan apabila panjang besi sebelum dipanaskan 1 meter, dan setelah dipanaskan bertambah 0,000011 meter. Angka pertambahan panjang untuk setiap 1 m bahan dengan kenaikan suhu 1°C disebutkoefisien muai panjang. Lambang koefisien muai panjang α (dibacanya alpha) dan satuannya meter per derajat Celsius (m/°C).
Besarnya koefisien muai panjang pada beberapa zat dapat diamati pada tabel berikut ini.
Besarnya muai panjang pada suatu bahan dapat dirumuskan dengan persamaan berikut.
Keterangan:
L = panjang setelah pemanasan atau pendinginan (m) atau (cm)
L o = panjang awal (m) atau (cm)
α = koefisien muai panjang ( /0C )
t1 = suhu mula-mula ( 0C )
t2 = suhu akhir ( 0C )
Proses Pemuaian Luas pada Zat Padat
Sama halnya pada pemuaian panjang pada zat padat, semua zap padat jika dipanaskan akan mengalami pemuaian luas. Akan tetapi koefisien muai luas zat padat sama dengan dua (2) kali koefisien muai panjang zat padat tersebut.
Keterangan
A = luas setelah pemanasan atau pendinginan (m2) atau (cm2)
Ao = luas awal (m2) atau (cm2)
β= koefisien muai luas ( /0C )
t1 = suhu mula-mula ( 0C )
t2 = suhu akhir ( 0C )
Catatan
β = 2 α
Proses Pemuaian Volume pada Zat Padat
Pasti kamu pernah mengalami peristiwa pemuaian lainnya seperti pada saat menutupkan pintu, daun pintu tidak dapat menutup rapat pada kusen pintunya. Begitu juga pada saat menutupkan jendela, kaca jendela tidak pas pada saat ditutupkan ke bingkainya. Peristiwa itu disebabkan karena daun pintu dan jendela kaca memuai, sehingga sulit dimasukkan pada tempatnya. Pemuaian seperti ini disebabkan oleh adanya penambahan pada seluruh bagiannya pada dimensi panjang, lebar, dan tebal yang disebut pemuaian volume atau pemuaian ruang.
Bola besi sebelum dipanaskan dapat memasuki gelang logam. Setelah bolanya dipanaskan bola tidak masuk ke dalam gelang. Kejadian ini menunjukkan adanya pemuaian pada bola yang berupa volumenya memuai. Pemuaian volume atau muai ruang ini dipengaruhi oleh koefisien muai ruang, yaitu angka yang menyatakan pertambahan setiap satuan volume apabila suhunya dinaikan.
Besarnya muai luas pada suatu bahan dapat dirumuskan dengan persamaan berikut.
Keterangan
V = volume setelah pemanasan atau pendinginan (m3) atau (cm3)
Vo = volume awal (m3) atau (cm3)
γ = koefisien muai volume ( /0C)
t1 = suhu mula-mula (0C)
t2 = suhu akhir (0C)
Catatan
γ = 3 α