Ekspansi Termal

Definisi

Ekspansi termal adalah perubahan fisika yang dapat terjadi pada zat cair, padat dan gas.  Zat dapat bertambah atau berkurang volumenya jika mengalami perubahan termal. Perubahan pada gas agak berbeda dengan zat cair dan padat dan akan dibahas secara khusus.

Ekspansi termal dapat terjadi pada 1 dimensi (satuan panjang ) yang akan mengalami perubahan panjang:

atau 3 dimensi (satuan volume) yang akan mengalami perubahan volume. 

Benda cair dan gas akan mengalami ekspansi volume, sementara untuk benda padat bisa diasumsikan mengalami ekspansi dalam satuan panjang saja.

Koefisien muai beberapa benda sekitar kita

Koefisien muai beberapa benda terdapat di bawah ini: 

Koefisien ekspansi

Dari tabel kita dapat melihat ada bahan yang memiliki koefisien muai yang besar dan kecil. Quartz, marmer dan pyrex adalah beberapa yang memiliki koefisien muai yang cukup kecil sementara Timah, Aluminium dan benda lain yang terbuat dari metal juga beton memiliki koefisien muai yang cukup besar.

Konsekuensi dari koefisien muai sebuah benda

Koefisien muai yang besar dapat memberi masalah pada beberapa kasus seperti pada jembatan, rel kereta api dan lain lain. 

 

dari wikipedia

 

Koefisien muai yang kecil membuat benda hanya berubah sedikit saja ketika suhu bertambah. Pyrex misalnya memiliki koefisien panjang yang lebih kecil dibanding kaca sehingga cocok sekali untuk dijadikan wadah makanan yang tahan panas karena tidak mudah memuai dan menyusut.

Tebak tebakan:

Besi bulat berlubang akan berekspansinya seperti apa kalau terkena panas? apakah lubang dalam akan mengecil atau membesar? 

Beberapa kasus pemuaian benda sehari hari 

1. Membuka botol selai

Pemuaian ini juga dapat dimanfaatkan utnuk menyelesaikan suatu masalah seperti membuka botol selai yang macet.Tuang saja air panas ke atas tutup yang terbuat dari logam. Logam akan memuai karena panas dan tutup lebih mudah dibuka. 

2. Memperkirakan pemuaian yang terjadi pada tangki bensin di suhu panas

Tanki bensin yang terkena sinar matahari akan membuat isi dan wadah tangki sama-sama memuai. Namun karena koefisien mulainya berbeda, kita harus menghitung terlebih dulu koefisien muai wadah dan isinya. Klaau perubahan volume wadah lebih kecil, maka isi akan meluap ketika suhu bertambah. 

Suhu yang bertambah akan menyebabkan muai bertambah, kecuali pada air karena ada anomali air.

Anomali air

Anomali air

Dari grafik, Pada suhu 4 derajat celsius air memiliki volume paling kecil  dan berat jenis paling besar, ketika suhu turun,berat jenis mengecil volume membesar. Ini  menyebabkan air di bawah 4 derajat celsius akan naik ke atas dan volumenya bertambah. Lapisan es di permukaan dan lapisan air yang lebih hangat di bawah (4 derajat celsius, dimana makhluk hidup masih dapat bertahan) menyebabkan makhluk di dalam air tidak mati walaupun suhunya sangat dingin.  

 

Permukaan air beku tapi di bawah masih ada bagian air yang tidak membeku (t= 4 derajat celsius)  wikipedia

 

Suhu dingin dapat membuat banyak perubahan muai dan susut suatu benda pada cuaca ekstrim. Di tempat seperti ini kita perlu  memperhatikan tegangan termal (Thermal Stresses)