Rumus Pemuaian: Pengertian, Jenis, Rumus dan Contoh Soal

Kira-kira, apa yang kamu bayangkan ketika mendengar istilah pemuaian? Pemuaian merupakan fenomena yang benar terjadi. Benda akan mengalami pemuaian saat dipanaskan. 

Menurut Selestina Kostaria Jua , Sarwanto, dan Sukarmin dalam Seminar Nasional Pendidikan Fisika III tahun 2007, menjelaskan bahwa pemuaian merupakan perubahan ukuran suatu benda saat benda tersebut mengalami perubahan suhu. Semua jenis zat akan mengalami pemuaian. 

Sedangkan, menurut Kamus Besar Bahasa Indonesia (KBBI), pemuaian sebagai proses untuk memperbesar ukuran (volume) bahan yang memiliki masa tetap. Setiap benda akan mempunyai besaran pemuaian yang berbeda-beda. Terdapat benda yang sulit mengalami pemuaian walaupun suhunya bertambah besar. 

Ketika zat dipanaskan maka molekul-molekul dalam zat akan bergetar lebih cepat dan membuat amplitudo getaran akan semakin besar yang nantinya jarak pada setiap molekul benda menjadi lebih besar dan terjadilah pemuaian. Pemuaian pada zat terjadi menjadi tiga jenis. Yuk, simak penjelasannya.

Jarak pada setiap partikel akan membesar dan cepat karena energi panas yang akan membuat zat padat mengalami pemuaian, bertambah panjang, bertambah luas, dan berakhir pada bertambahnya volume. Menurut Jurnal Informatika dan Sistem Informasi Universitas Ciputra, jenis pemuaian yang dapat terjadi pada benda adalah pemuaian panjang, pemuaian luas, dan pemuaian volume.

Proses terjadinya pemuain dilakukan di seluruh bagian benda tersebut. Simak, penjelasan  berikut ini mengenai pengertian dari pemuaian panjang, pemuaian luas, dan pemuaian volume. 

Menurut Universitas Jember, pemuaian panjang merupakan bertambahnya ukuran panjang pada suatu benda akibat memperoleh kalor. Nilai lebar dan tebal pada pemuaian panjang sangat kecil daripada nilai panjang benda tersebut, seperti kawat, paku, batang, dan besi.

Pemuaian panjang sering terjadi pada panjang kabel listrik yang terkena panas di siang hari dan biasa juga terjadi pada rel kereta api. Sambungan rel kereta api dipasang agak renggang karena zat-zat yang ada di alam ini akan cenderung mengalami pemuaian saat suhunya panas. Keberadaan rel kereta api yang ada di luar membuat terjadinya peristiwa ini. Batang rel akan bertambah panjang karena suhu udara yang panas pada siang hari. 

Pemuaian batang rel kereta karena suhu panas ini akan mengakibatkan dua batang rel saling mendorong yang nantinya rel tersebut akan melengkung. Namun, tidak dapat dipungkiri lagi hal ini akan membuat dampak yang berbahaya, seperti kereta akan keluar jalur saat melewatinya. Hal inilah yang membuat sambungan antar rel kereta dipasang sedikit renggang agar saat memuai, kedua batang rel tidak melengkung.

Pemuaian luas merupakan perubahan luas pada suatu benda karena kenaikan suhu akibat dipanaskan. Pemuaian ini dapat dilihat pada benda yang memiliki ketebalan jauh lebih kecil daripada panjang dan lebarnya.

Pemuaian luas sering terjadi pada pemuaian kaca jendela, panci alat dapur, dan plat bimetal. Pemuaian kaca jendela terjadi ketika suhu udara panas yang mengakibatkan suhu kaca naik. Ukuran kaca akan bertambah lebar dari sebelumnya yang membuat kaca akan terlihat rapat ketika terpasang pada bingkai.

Pemuaian volume merupakan perubahan volume pada suatu benda karena kenaikan suhu akibat dipanaskan. Pemuaian volume terjadi pada benda yang mempunyai tiga dimensi yaitu panjang, lebar, dan tinggi. Pemuaian ini akan terjadi ketika seluruh dimensi pada benda cukup besar yang membuat pemuaian ke seluruh arah tidak dapat dihentikan.

Pemuaian volume sering terjadi pada kehidupan sehari-hari. Saat kamu sedang memasak air menggunakan panci, tanpa kamu ketahui panci tersebut mengalami pemuaian. Air dan panci akan sama-sama menyerap energi panas dari api saat dipanaskan. Panci yang menyerap energi panas tersebut membuat ukurannya bertambah karena terjadi pemuaian. Dari pemuaian inilah membuat panci akan bertambah volumenya, 

• Rumus pemuaian panjang
  Pada pemuaian panjang nilai lebar dan tebal sangat kecil daripada nilai panjang pada benda tersebut yang membuat lebar dan tebal dikatakan tidak ada. Rumus pemuaian panjang dapat dijelaskan dengan model matematika berikut ini:

  ∆L = L0 α ∆T

  L = L0 (1 + α ∆T)

  Keterangan:

  L = panjang akhir (m)

  L0 = panjang mula-mula (m)

  ∆L = perubahan panjang (m)

  α = koefisien muai panjang(/°C)

  ∆T = perubahan suhu = (°C)

  Dari keterangan di atas, pasti akan memunculkan pertanyaan apa itu koefisien  muai panjang. Sering kali, koefisien muai panjang (α) disebut sebagai konstanta muai panjang,  koefisien ini sebagai besaran kenaikan ukuran benda ketika suhu dinaikkan sebanyak  1℃. Angka koefisien memiliki perbedaan menyesuaikan tiap soal.

• Rumus pemuaian luas
  Benda yang memiliki ukuran panjang dan lebar akan mengalami pemuaian luas, namun ketebalannya akan kecil yang membuat tidak dikatakan ada. Rumus pemuaian luas dapat dijelaskan dengan model matematika berikut ini: 

  ∆A = A0 β ∆T

  A = A0 (1 + α ∆T)

  Keterangan:

  A = luas akhir (m²)

  A0 = luas mula-mula (m²)

  ∆A = perubahan luas (m²)

  β = 2α =  koefisien muai luas (/°C)

  ∆T = perubahan suhu (°C)

  Jika dilihat, rumus pemuaian luas hampir sama dengan rumus pemuaian panjang namun yang membedakannya hanya di koefisiennya. Pada rumus pemuaian luas, terdapat koefisien pemuaian luas (β) atau bisa disebut dengan konstanta pemuaian luas. Nilai koefisien muai luas dua kali lipat koefisien muai panjang suatu benda.

• Rumus pemuaian volume
  Benda yang memiliki ukuran panjang, lebar, dan tebal akan dapat mengalami pemuaian volume.  Rumus pemuaian volume dapat dijelaskan dengan model matematika berikut ini:

  ∆V = V0 α ∆T

  V = V0 (1 + α ∆T)

  Keterangan:

  V = volume akhir (m³)

  V0 = volume Mula-mula (m³)

  ∆V = perubahan volume (m³)

  γ = 2β =3α  koefisien muai volume (/°C)

  ∆T = perubahan suhu (°C)

  Model matematika pemuain volume memiliki kesamaan dengan rumus pemuaian panjang dan luas. Namun, terdapat perbedaan pada rumus ini yaitu pada bagian koefisiennya. 

  Sebelumnya, pemuaian panjang menggunakan koefisien muai panjang (α) dan pemuaian luas menggunakan koefisien muai luas (β), sedangkan pemuaian volume menggunakan koefisien muai volume (γ). Nilai dari koefisien muai volume tiga kali lipat koefisien muai panjang. 

1. Pemuaian panjang
   Sebatang baja yang panjangnya 2 m dipanaskan, sehingga suhunya berubah dari 40 °c menjadi 70 °c . Jika diketahui koefisien muai panjangnya adalah 1,1 x 10-5 /°c, berapakah panjang baja itu sekarang?

   Pembahasan:

   Lo = 2 m

   T = 70°c – 40 °c = 30°c

   α =1,1 x 10-5 /°c

   Ditanya : Lt = …?

   Jawab:

   L=Lo . α . T

   L =(2 m) . (1,1 x 10-5 /°c). (30 °c)

   L = (6,6 x 10-4 m) =0,00066 m

   Setelah mengetahui pertambahan panjang baja yaitu 0,00066 m. Sehingga untuk mengetahui panjang baja setelah dipanaskan, kamu hanya perlu menjumlahkan panjang baja mula-mula dengan pertambahan panjang bajanya. Maka dari itu akan diperoleh, 

   Lt = Lo + L

   Lt = 2 + 0,00066

   Lt =2,00066 m

   Jadi, panjang baja setelah dipanaskan adalah 2,00066 m.

2. Pemuaian luas
   Pada suhu 30°c, sebuah pelat besi luasnya 10 m². Apabila suhunya dinaikkan menjadi 90°c dan diketahui koefisien muai panjangnya adalah 1,2 x 10-5/°c, maka tentukanlah luas pelat besi itu sekarang!

   Pembahasan:

   T =90°c-30°c= 60°c

   Ao = 10 m²

   β =1,2 x 10-5 /°c= α 2= 2,4 x 10-5/°c

   Ditanya: At =…?

   Jawab:

   A = Ao . β . T

   A = Ao . (2α). T

   A = 10 m2 .  2,4 x 10-5 /°c .  60°c

   A =14,4 x 10-3 m²= 0,0144 m²

   Karena yang ditanyakan hanya luas pelat besi setelah terjadi pemuaian, sehingga kamu hanya perlu menjumlahkan saja luas pelat besi mula-mula dengan  penambahan luas pelat besinya, oleh karena itu akan diperoleh:

   At = Ao + A

   At = 10 + 0,0144

   At =10,0144 m²

   Berarti luas pelat besi setelah mengalami pemuaian adalah 10,0144 m².

3. Pemuaian volume
   Sebuah balok baja berukuran 5 cm x 10 cm x 6 cm. Hitunglah volume akhir balok baja ketika suhunya dinaikkan dari 22 °c ke 42 °c. Diketahui koefisien muai panjang baja 1,1 x 10-5 /°c.

   Pembahasan:

   Vo = 300 cm³ =3 x 102 cm³

   T =42 °c-22 °c = 20°c

   γ =1,1 x 10-5/°c = α 3= 3 . 1,1 x 10-5 /°c = 3,3 x 10-5 /°c  

   Ditanya: Vt =…?

   Jawab:

   V = Vo . γ . T

   V = 3 x 102 cm³ . 3,3 x 10-5/°c . 20°c

   V =1,98 x 10-1 cm³

   Sehingga yang kamu perlukan untuk mencari volume baja setelah mengalami pemuaian, hanya tinggal menjumlahkan antara volume awal bajanya dengan penambahan volumenya, maka akan diperoleh:

   Vt = Vo + V

   Vt = 300 + 0,0198

   Vt =300,198 cm³

   Jadi,  volume akhir baja setelah dipanaskan adalah 300,198 cm³.

Oke, jadi penjelasan di atas membuat kamu semakin paham kenapa kaca dibuat longgar saat dipasang dan kabel di jalan dibuat melengkung. Yaa, benar karena ada pemuaian yang membuat penambangan panjang, luas, ataupun volume. Pemuaian ini terjadi karena suhu yang berubah. Semoga penjelasan ini membantu kamu.