DILASI TERMAL: KOEFISIEN, JENIS DAN LATIHAN - FISIK - 2025

The ekspansi termal meningkat atau variasi dari berbagai metrik dimensi (seperti panjang atau volume) yang mengalami benda fisik atau tubuh. Proses ini terjadi karena peningkatan suhu di sekitar material. Dalam kasus dilatasi linier, perubahan ini terjadi hanya dalam satu dimensi.

Koefisien pemuaian ini dapat diukur dengan membandingkan nilai besarnya sebelum dan sesudah proses. Beberapa material mengalami kebalikan dari ekspansi termal; artinya, ini menjadi "negatif". Konsep ini mengusulkan bahwa beberapa material berkontraksi ketika terkena suhu tertentu.

Ekspansi termal dalam air

Untuk padatan, koefisien muai panjang digunakan untuk menggambarkan muaiinya. Di sisi lain, untuk cairan, koefisien muai volumetrik digunakan untuk melakukan penghitungan.

Dalam kasus padatan yang mengkristal, jika isometrik, ekspansi akan terjadi secara umum di semua dimensi kristal. Jika bukan isometrik, koefisien muai yang berbeda dapat ditemukan di seluruh kaca, dan ukurannya akan berubah saat suhu berubah.

Koefisien dilatasi termik

Koefisien muai panas (Y) didefinisikan sebagai jari-jari perubahan yang dilalui suatu material karena perubahan suhunya. Koefisien ini diwakili oleh simbol α untuk padatan dan β untuk cairan, dan dipandu oleh Sistem Satuan Internasional.

Koefisien muai panas bervariasi dalam hal benda padat, cair atau gas. Masing-masing memiliki kekhasan yang berbeda.

Misalnya, dilatasi suatu benda padat dapat dilihat sepanjang. Koefisien volumetrik adalah salah satu yang paling dasar dalam hal fluida, dan perubahannya terlihat jelas di segala arah; Koefisien ini juga digunakan saat menghitung ekspansi gas.

Ekspansi termal negatif

Ekspansi termal negatif terjadi pada beberapa material yang, alih-alih ukurannya bertambah dengan suhu tinggi, berkontraksi karena suhu rendah.

Jenis ekspansi termal ini biasanya terlihat dalam sistem terbuka di mana interaksi terarah diamati -seperti dalam kasus es- atau dalam senyawa kompleks -seperti yang terjadi dengan beberapa zeolit, Cu2O, antara lain.

Demikian pula, beberapa penelitian telah menunjukkan bahwa ekspansi termal negatif juga terjadi pada kisi komponen tunggal dalam bentuk kompak dan dengan interaksi gaya pusat.

Contoh nyata dari ekspansi termal negatif dapat dilihat saat kita menambahkan es ke segelas air. Dalam hal ini, tingginya suhu cairan di atas es tidak menyebabkan peningkatan ukuran, melainkan ukuran es yang berkurang.

Jenis

Ketika menghitung pemuaian suatu benda fisik, harus dipertimbangkan bahwa, bergantung pada perubahan suhu, benda tersebut dapat bertambah atau menyusut ukurannya.

Beberapa objek tidak memerlukan perubahan suhu yang drastis untuk mengubah ukurannya, jadi kemungkinan besar nilai yang dikembalikan oleh perhitungan adalah rata-rata.

Seperti proses lainnya, ekspansi termal dibagi menjadi beberapa jenis yang menjelaskan setiap fenomena secara terpisah. Dalam kasus padatan, jenis ekspansi termal adalah ekspansi linier, ekspansi volumetrik, dan ekspansi permukaan.

Dilatasi linier

Variasi tunggal mendominasi dilatasi linier. Dalam hal ini, satu-satunya satuan yang mengalami perubahan adalah tinggi atau lebar benda.

Cara mudah menghitung dilatasi jenis ini adalah dengan membandingkan nilai besaran sebelum terjadi perubahan suhu dengan nilai besaran setelah terjadi perubahan suhu.

Pelebaran volumetrik

Dalam kasus muai volume, cara menghitungnya adalah dengan membandingkan volume fluida sebelum perubahan suhu dengan volume fluida setelah perubahan suhu. Rumus untuk menghitungnya adalah:

Pelebaran permukaan atau luas

Dalam kasus pelebaran permukaan, peningkatan luas benda atau benda diamati karena perubahan suhunya pada 1 ° C.

Ekspansi ini bekerja untuk benda padat. Jika kita juga memiliki koefisien linier, kita dapat melihat bahwa ukuran benda akan menjadi 2 kali lebih besar. Rumus untuk menghitungnya adalah:

A _f = A ₀

Dalam ungkapan ini:

γ = koefisien muai luas

A ₀ = Luas awal

A _f = Luas akhir

T ₀ = Suhu awal.

T _f = Suhu akhir

Perbedaan antara dilatasi luas dan dilatasi linier adalah pada yang pertama Anda melihat perubahan pertambahan luas benda, dan pada yang kedua perubahannya adalah satuan ukuran (seperti panjang atau lebar benda fisik).

Contoh

Latihan pertama (dilatasi linier)

Rel yang membentuk rel kereta api yang terbuat dari baja memiliki panjang 1.500 m. Berapakah bujur saat suhu berubah dari 24 hingga 45 ° C?

Larutan

Data:

Lο (panjang awal) = 1500 m

L _f (panjang akhir) =?

Tο (suhu awal) = 24 ° C

T _f (suhu akhir) = 45 ° C

α (koefisien muai panjang yang sesuai dengan baja) = 11 x 10 ^-6 ° C ^-1

Data tersebut diganti dengan rumus berikut:

Namun, Anda harus terlebih dahulu mengetahui nilai perbedaan suhu, untuk memasukkan data ini ke dalam persamaan. Untuk mencapai perbedaan ini, suhu tertinggi harus dikurangi dari yang terendah.

Δt = 45 ° C - 24 ° C = 21 ° C

Setelah informasi ini diketahui, dimungkinkan untuk menggunakan rumus sebelumnya:

Lf = 1500 m (1 + 21 ° C. 11 x 10 ^-6 ° C ^-1 )

Lf = 1500 m (1 + 2,31 x 10 ^-4 )

Lf = 1500 m (1.000231)

Lf = 1500,3465 m

Latihan kedua (dilatasi superfisial)

Di sekolah menengah atas sebuah toko kaca memiliki luas 1,4 m ^ 2, jika suhunya 21 ° C. Berapa luas akhirnya jika suhu meningkat hingga 35 ° C?

Larutan

Af = A0

Af = 1,4 m ² 204,4 x 10 ^-6 ]

Af = 1,4 m ² . 1.0002044

Af = 1.40028616 m ²

Mengapa pelebaran terjadi?

Semua orang tahu bahwa semua materi terdiri dari berbagai partikel subatom. Dengan mengubah suhu, baik menaikkan atau menurunkannya, atom-atom ini memulai proses pergerakan yang dapat mengubah bentuk benda.

Saat suhu dinaikkan, molekul mulai bergerak dengan cepat karena adanya peningkatan energi kinetik, sehingga bentuk atau volume benda akan bertambah.

Pada kasus temperatur negatif, yang terjadi sebaliknya, dalam hal ini volume benda cenderung berkontraksi karena temperatur rendah.

Referensi

1. Pelebaran Linier, Superfisial, dan Volumetrik - Latihan. Diselesaikan Dipulihkan pada 8 Mei 2018, dari Fisimat: fisimat.com.mx
2. Pelebaran Superfisial - Latihan Soal. Diperoleh pada 8 Mei 2018, dari Fisimat: fisimat.com.mx
3. Ekspansi termal. Diperoleh pada 8 Mei 2018, dari Encyclopædia Britannica: britannica.com
4. Ekspansi termal. Diperoleh pada 8 Mei 2018, dari Hyper Physics Concepts: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
5. Ekspansi termal. Diperoleh pada 8 Mei 2018, dari Lumen Learning: course.lumenlearning.com
6. Ekspansi termal. Diperoleh pada 8 Mei 2018, dari The Physics Hypertextbook: physics.info
7. Ekspansi termal. Diperoleh pada 8 Mei 2018, dari Wikipedia: en.wikipedia.org.