Paper - Pemuaian Zat Cair Dan Anomali Air [PDF]

Citation preview

PEMUAIAN ZAT CAIR DAN ANOMALI AIR Elba Salsabiila (140310130017) Program Studi Fisika, FMIPA Universitas Padjadjaran Senin, 17 November 2014 Asisten : Aditya Permana ABSTRAK Seperti halnya zat cair lain, air murni akan memuai ketika dipanaskan pada rentang suhu tertentu dan akan menyusut ketika didinginkan. Namun ada suatu keanehan yang terjadi pada air murni di rentang 0-40 Celcius, yaitu penyusutan volume ketika suhu dinaikan dan pemuaian volume ketika suhu diturunkan. Peristiwa ini dinamakan anomali air Pada praktikum ini kami akan meneliti peristiwa anomali air dengan cara mengambil data ketinggian air dalam sebuah tabung peraga ketika suhu diturunkan dan dinaikan. Lalu data tersebut dapat disajikan dalam bentuk grafik hingga terlihat lengkungan didalam suatu rentang yang merepresentasikan peristiwa anomali air itu terjadi. Dari data itu kita dapat pula menentukan koefisien muai cair untuk jenis air murni. Selanjutnya dapat kita hitung massa air ketika penurunan dan penaikan suhu, dapat dihitung dengan cara mengalikannya dengan massa jenis air di setiap suhunya lalu mendapatkan harga massa terbaiknya. Kata kunci : Pemuaian. Pemuaian zat Cair, Anomali Air, Koefisien muai Cair I. PENDAHULUAN II. Suatu zat ketika ditambahkan kalor hingga bertambah suhunya, maka zat tersebut akan mengalami pemuaian. Begitu pula dengan air. Namun ada peristiwa pengecualian pada saat air dalam suhu 00-40 C. Air akan menyusut selama kenaikan suhu di rentang tersebut. Peristiwa ini disebut anomali air. III. Tujuan dari praktikum ini adalah untuk mengetahui bagaimana caranya meengukur volume zat cair, dan untuk memahami peristiwa anomali air. IV. TEORI DASAR V. Pemuaian zat adalah peristiwa perubahan geometri dari suatu benda karena pengaruh kalor. Perubahan geometri ini bisa meliputi bertambahnya panjang, luas, ataupun volume. Ada tiga jenis pemuaian, yaitu pemuaian padat, cair, dan gas.[1] a. Pemuaian Padat, merupakan peristiwa bertambahnya panjang, lebar, dan volume karena suhu. Ada 3 jenis pemuaian zat padat : i. Pemuaian panjang, besarnya muai panjang bergantung pada konstanta muai zat dan nilai konstanta tersebut berbeda untuk tiap bahan. Dirumuskan : Δ L=L0 . α . ΔT VI.



ii. Pemuaian dengan : VII. VIII.



Luas,



dirumuskan



Δ A=A 0 . β . ΔT Dengan



β=2 α



iii. Pemuaian Volume, dirumuskan dengan : Δ V =V 0 . γ . ΔT IX. X. Dengan γ =3 α b. Pemuaian Cair, merupakan pemuaian volume. Ini disebabkan karena sifat air sendiri yang berubah-uubah waujud sesuai tempatnya. Perumusannya sama dengan pemuaian volum zat padat, hanya berbeda nilai γ nya. c. Pemuaian Gas, berbeda dengan pemuaian padat dan cair, pada pemuaian gas ada variabel yang mempengaruhi pemuaian, yaitu P (tekanan). XI. XII. Anomali Air XIII. Sebuah benda akan memuai ketika dipanaskan dan akan menyusut ketika didinginkan. Begitu pula dengan air. Namun itu tidak terjadi pada suhu 0040 C. Peristiwa ini dinamakan anomali air.



XIV. Ketika sebuah benda menyusut, maka massa jenis benda bertambah. Pada kondisi air, air memiliki massa jenis paling besar pada suhu 40 C. Maka volumenya akan menyusut di penaikan 00-40 C. XV. PERCOBAAN XVI. Metode Eksperimen XVII.Pada percobaan kali ini pertama-tama kita menyiapkan air di tabung peraga dan alat-alat lainnya. Kemudian kami taruh es batu dalam kotak untuk menurunkan suhunya. Saat suhu mencapai 160 C, maka perubahan ketinggiannya mulai diambil datanya. XVIII. Alat - Tabung Peraga Anomali sebagai tempat mengukur kenaikan / penurunan volume - Pengaduk Magnetik, untuk meratakan kalor dalam tabung - Pengukur Temperatur, untuk mengukur suhu sistem - Statif, untuk menyangga tabung - Es, sebagai pendingin air - Air, sebagai objek yang akan diteliti - Kotak Pendingin, sebagai wadah es untuk mendinginkan air saat penurunan suhu XIX. DATA DAN ANALISA XX.



Penu runa n Tem pera tur XXVI. XXI. XXII. XXIII. XXIV.XXV. g T H ΔTΔH g XXVII. XXVIII. XXIX. XXX.XXXI.XXXII. 0, XXXIII. 15, XXXIV. XXXV. XXXVI. XXXVII. 0,2 0 XXXIX. 15, XL.XLI. XLII.XLIII. 0,4 0 XLV. 15, XLVI. XLVII. XLVIII. XLIX. 0,6 0 LI. 15, LII.LIII.LIV. LV. 0,8 0 LVII. LVIII. LIX. LX. LXI. 0 LXIII. LXIV. LXV. LXVI.LXVII. 14, 1,2 0



LXIX. 14, LXX. LXXI. LXXII. LXXIII. 1,4 0 LXXV. 14, LXXVI. LXXVII. LXXVIII. LXXIX. 1,6 0 LXXXI. 14, LXXXII. LXXXIII. LXXXIV. LXXXV. 1,8 0 LXXXVII. LXXXVIII. LXXXIX. XC. XCI. 0 XCIII. XCIV. XCVII. 13,33, XCV. XCVI.0, 2,20,5 XCIX. C. CIII. 13,33, CI.CII. 0, 2,40,8 CV.CVI. CIX. 13,33, CVII. CVIII.0, 2,60,9 CXI. CXII. CXV. 13,32, CXIII. CXIV.0, 2,81,4 CXXI. CXVII. CXVIII. CXIX. CXX. 0, CXXIII. CXXIV. CXXVII. 12,31, CXXV. CXXVI. 0, 3,22,8 CXXIX. CXXXIII. 12, CXXX. CXXXI. CXXXII. 0, 3,4 CXXXV. CXXXVI. CXXXIX. 12,30, CXXXVII. CXXXVIII. 0, 3,63,7 CXLI. CXLV. 12, CXLII. CXLIII. CXLIV. 0, 3,8 CXLVIII. CLI. CXLVII. 29, CXLIX. CL. 0, 4,5 CLIII. CLIV. CLVII. 11,29, CLV. CLVI. 0, 4,24,9 CLIX. CLX. CLXIII. 11,28, CLXI. CLXII.0, 4,45,5 CLXV. CLXVI. CLXIX. 11,28, CLXVII. CLXVIII. 0, 4,65,7 CLXXI. CLXXII. CLXXV. 11,27, CLXXIII. CLXXIV. 0, 4,86,3 CLXXVIII. CLXXXI. CLXXVII. 27, CLXXIX. CLXXX. 0, 6,7 CLXXXIII. CLXXXIV. CLXXXVII. 10,26, CLXXXV. CLXXXVI. 0, 5,27,5 CLXXXIX. CXC. CXCIII. 10,26, CXCI. CXCII.0, 5,47,9 CXCV. CXCVI. CXCIX. 10,25, CXCVII. CXCVIII. 0, 5,68,4 CCI. CCII. CCIII. CCIV.CCV. 10, 5,8 0,



CCVIII. CCXI. CCVII. 24, CCIX. CCX. 0, 9,5 CCXVII. CCXIII. CCXIV. CCXV. CCXVI. 0, 9,8 6,2 CCXX.CCXXII. CCXXIII. CCXIX. 23, CCXXI. 10, 0, 9,6 6,4 CCXXVI. CCXXVIII. CCXXIX. CCXXV. 23, CCXXVII. 10, 0, 9,4 6,6 CCXXXV. CCXXXI. CCXXXII. CCXXXIII. CCXXXIV. 0, 9,2 6,8 CCXXXVIII. CCXL. CCXLI. CCXXXVII. 23, CCXXXIX. 10, 0, CCXLIV. CCXLVII. CCXLIII. 24, CCXLV. CCXLVI. 0, 8,8 7,29,8 CCLIII. CCXLIX. CCLI. CCLII.0, 8,6 CCL.7,4 CCLIX. CCLV.CCLVII. CCLVIII. 0, 8,4 CCLVI. 7,6 CCLXV. CCLXI. CCLXIII. CCLXIV. 0, 8,2 CCLXII. 7,8 CCLXXI. CCLXVII. CCLXIX. CCLXX. 0, CCLXVIII. CCLXXVII. CCLXXIII. CCLXXV. CCLXXVI. 0, 7,8 CCLXXIV. 8,2 CCLXXXIII. CCLXXIX. CCLXXXI. CCLXXXII. 0, 7,6 CCLXXX. 8,4 CCLXXXIX. CCLXXXV. CCLXXXVII. CCLXXXVIII. 0, 7,4 CCLXXXVI. 8,6 CCXCV. CCXCI. CCXCII. CCXCIII. CCXCIV. 0, 7,2 8,8 CCXCVIII. CCCI. CCXCVII. 27, CCXCIX. CCC. 0, 6,8 CCCIV. CCCVII. CCCIII. 26, CCCV. CCCVI. 0, 6,8 9,27,5 CCCX. CCCXIII. CCCIX. 25, CCCXI. CCCXII. 0, 6,6 9,48,4 CCCXVI. CCCXIX. CCCXV. 25, CCCXVII. CCCXVIII. 0, 6,4 9,68,6 CCCXXV. CCCXXI. CCCXXII. CCCXXIII. CCCXXIV. 0, 6,2 9,8 CCCXXVIII. CCCXXXI. CCCXXVII. 24, CCCXXIX. CCCXXX. 0, 9,5 CCCXXXV. CCCXXXVII. CCCXXXIII. CCCXXXIV. 10, CCCXXXVI. 0, 5,8 CCCXXXIX. CCCXL. CCCXLI. CCCXLII. CCCXLIII. 5,623,10,10, 0,



CCCXLVI. CCCXLVII. CCCXLVIII. CCCXLIX. CCCXLV. 23,10,10, 0, 5,4 CCCLII. CCCLIII. CCCLIV. CCCLV. CCCLI. 23,10,10, 0, 5,2 CCCLVIII. CCCLX. CCCLXI. CCCLVII. 22, CCCLIX. 11, 0, CCCLXIV. CCCLXV. CCCLXVI. CCCLXVII. CCCLXIII. 22,11,11, 0, 4,8 CCCLXX. CCCLXXI. CCCLXXII. CCCLXXIII. CCCLXIX. 22,11,11, 0, 4,6 CCCLXXVII. CCCLXXIX. CCCLXXV. CCCLXXVI. 11, CCCLXXVIII. 0, 4,4 CCCLXXXII. CCCLXXXIII. CCCLXXXIV. CCCLXXXV. CCCLXXXI. 21,11,12, 0, 4,2 CCCLXXXVIII. CCCXC. CCCXCI. CCCLXXXVII. 21, CCCLXXXIX. 12, 0, CCCXCIV. CCCXCV. CCCXCVI. CCCXCVII. CCCXCIII. 21,12,12, 0, 3,8 CD.CDI. CDII.CDIII. CCCXCIX. 21,12,12, 0, 3,6 CDVI. CDVII. CDVIII. CDIX. CDV. 21,12,12, 0, 3,4 CDXIII. CDXV. CDXI. CDXII. 12, CDXIV. 0, 3,2 CDXXI. CDXVII. CDXVIII. CDXIX. CDXX. 0, CDXXIV. CDXXV. CDXXVI. CDXXVII. CDXXIII. 22,13,11, 0, 2,8 CDXXX. CDXXXI. CDXXXII. CDXXXIII. CDXXIX. 22,13,11, 0, 2,6 CDXXXVI. CDXXXVII. CDXXXVIII. CDXXXIX. CDXXXV. 22,13,11, 0, 2,4 CDXLIII.CDXLV. CDXLI. CDXLII. 13, CDXLIV. 0, 2,2 CDXLVIII. CDL.CDLI. CDXLVII. 23, CDXLIX. 10, 0, CDLIV. CDLV. CDLVII. CDLIII. 24,14, CDLVI. 0, 1,8 9,6 CDLX. CDLXI. CDLXIII. CDLIX. 25,14, CDLXII. 0, 1,6 8,8 CDLXVI. CDLXVII. CDLXIX. CDLXV. 26,14, CDLXVIII. 0, 1,4 7,6



CDLXXI. CDLXXII.



Penaikan Temperatur



CDLXXV. CDLXXVIII. CDLXXIII. CDLXXIV. Δ CDLXXVI. CDLXXVII. g T H ΔH G CDLXXIX. CDLXXX. CDLXXXI. CDLXXXIV. 1, 2 1 CDLXXXII. CDLXXXIII. 0, CDLXXXV. CDLXXXVI. CDLXXXVII. CDLXXXVIII. CDLXXXIX. 1, 2 1 0, 0 CDXCI. CDXCII. CDXCIII. CDXCIV. CDXCV. 1, 2 1 0, 0 CDXCVIII. CDXCIX. D. CDXCVII. 2 1 1, 2 DIII. DIV. DV. DVI. 2, 3 1 1,



DI. 0



DIX. DX. DXI.DXII. 2, 3 1 2,



DXIII. 0



DVII. 0



DXV.DXVI.DXVII. DXVIII.DXIX. 2, 3 1 2, 0 DXXI.DXXII. DXXIII. DXXIV. DXXV. 2, 3 1 3, 0 DXXVIII. DXXIX. DXXX. DXXXI. DXXVII. 3 1 4, 0 3 DXXXIII. DXXXIV. DXXXV. DXXXVI. DXXXVII. 3, 3 1 5, 0 DXXXIX. DXL.DXLI. DXLII. DXLIII. 3, 3 1 5, 0 DXLV.DXLVI. DXLVII. DXLVIII.DXLIX. 3, 3 1 5, 0 DLI. DLII. DLIII. DLIV. DLV. 3, 3 1 5, 0 DLVIII. DLIX. DLX. DLXI. DLVII. 3 1 5, 0 4 DLXIII. DLXIV. DLXV. DLXVI. DLXVII. 4, 3 1 5, 0 DLXIX. DLXX. DLXXI. DLXXII.DLXXIII. 4, 3 1 5, 0 DLXXV. DLXXVI. DLXXVII. DLXXVIII. DLXXIX. 4, 3 1 5, 0 DLXXXI. DLXXXII. DLXXXIII. DLXXXIV. DLXXXV. 4, 3 1 5, 0 DLXXXVIII. DLXXXIX. DXC. DXCI. DLXXXVII. 3 1 5, 0 5 DXCIII. DXCIV. DXCV. DXCVI.DXCVII. 5, 3 1 5, 0 DXCIX. DC. DCI.DCII. DCIII. 5, 3 1 5, 0 DCV.DCVI.DCVII. DCVIII.DCIX. 5, 3 1 5, 0



DCXI.DCXII. DCXIII. DCXIV. DCXV. 5, 3 1 5, 0 DCXVIII. DCXIX. DCXX. DCXXI. DCXVII. 3 1 5, 0 6 DCXXIII. DCXXIV. DCXXV. DCXXVI. DCXXVII. 6, 3 9, 5, 0 DCXXIX. DCXXX. DCXXXI. DCXXXII. DCXXXIII. 6, 3 9, 5, 0 DCXXXV. DCXXXVI. DCXXXVII. DCXXXVIII. DCXXXIX. 6, 3 9, 5, 0 DCXLI. DCXLII. DCXLIII. DCXLIV. DCXLV. 6, 3 9, 5, 0 DCXLVIII.DCL. DCLI. DCXLVII. 3 DCXLIX. 5, 0 7 9 DCLIII. DCLIV. DCLV. DCLVI. DCLVII. 7, 3 8, 5, 0 DCLIX. DCLX. DCLXI. DCLXII.DCLXIII. 7, 3 8, 5, 0 DCLXV. DCLXVI. DCLXVII. DCLXVIII. DCLXIX. 7, 3 8, 5, 0 DCLXXI. DCLXXII. DCLXXIII. DCLXXIV. DCLXXV. 7, 3 8, 5, 0 DCLXXVIII. DCLXXX. DCLXXXI. DCLXXVII. 3 DCLXXIX. 5, 0 8 8 DCLXXXIII. DCLXXXIV. DCLXXXV. DCLXXXVI. DCLXXXVII. 8, 3 7, 5, 0 DCLXXXIX. DCXC. DCXCI. DCXCII.DCXCIII. 8, 3 7, 5, 0 DCXCV. DCXCVI. DCXCVII. DCXCVIII. DCXCIX. 8, 3 7, 5, 0 DCCI.DCCII. DCCIII. DCCIV.DCCV. 8, 3 7, 5, 0 DCCVIII. DCCX. DCCXI. DCCVII. 3 DCCIX. 5, 0 9 7 DCCXIII. DCCXIV. DCCXV. DCCXVI. DCCXVII. 9, 3 6, 5, 0 DCCXIX. DCCXX. DCCXXI. DCCXXII. DCCXXIII. 9, 3 6, 5, 0 DCCXXV. DCCXXVI. DCCXXVII. DCCXXVIII. DCCXXIX. 9, 3 6, 5, 0 DCCXXXI. DCCXXXII. DCCXXXIII. DCCXXXIV. DCCXXXV. 9, 3 6, 5, 0 DCCXXXVII. DCCXXXVIII. DCCXL.DCCXLI. 1 3 DCCXXXIX. 5, 0 6 DCCXLIII. DCCXLIV. DCCXLV. DCCXLVI. DCCXLVII.



1



3



5,



5,



0



DCCXLIX. DCCL. DCCLI. DCCLII.DCCLIII. 1 3 5, 5, 0 DCCLV. DCCLVI. DCCLVII. DCCLVIII. DCCLIX. 1 3 5, 5, 0 DCCLXI. DCCLXII. DCCLXIII. DCCLXIV. DCCLXV. 1 3 5, 5, 0 DCCLXVII. DCCLXVIII. DCCLXX. DCCLXXI. 1 3 DCCLXIX. 5, 0 5 DCCLXXIII. DCCLXXIV. DCCLXXV. DCCLXXVI. DCCLXXVII. 1 3 4, 5, 0



DCCCLXXXI. DCCCLXXXII. DCCCLXXXIII. DCCCLXXXIV. DCCCLXXXV. 1 3 1, 5, 0



DCCCLXXXVII. DCCCLXXXVIII. Analisa DCCCLXXXIX. Pada pengolahan data yang telah dilakukan, dapat dilihat hubungan volume air terhadap suhu dalam grafik H-T (dengan mengasumsikan H sebagai volumenya) dibawah ini : DCCCXC. DCCCXCI.



DCCLXXIX. DCCLXXX. DCCLXXXI. DCCLXXXII. DCCLXXXIII. 1 3 4, 5, 0 DCCLXXXV. DCCLXXXVI. DCCLXXXVII. DCCLXXXVIII. DCCLXXXIX. 1 3 4, 5, 0 DCCXCI. DCCXCII. DCCXCIII. DCCXCIV. DCCXCV. 1 3 4, 5, 0 DCCXCVII. DCCXCVIII. DCCC. DCCCI. 1 3 DCCXCIX. 5, 0 4 DCCCIII. DCCCIV. DCCCV. DCCCVI. DCCCVII. 1 3 3, 5, 0 DCCCIX. DCCCX. DCCCXI. DCCCXII. DCCCXIII. 1 3 3, 5, 0 DCCCXV. DCCCXVI. DCCCXVII. DCCCXVIII. DCCCXIX. 1 3 3, 5, 0



Grafik Perubahan Ketinggian Air Terhadap Penurunan Temperatur



Ketinggian Air (cm)



H



Temperatur (Celcius)



DCCCXXI. DCCCXXII. DCCCXXIII. DCCCXXIV. DCCCXXV. 1 3 3, 5, 0 DCCCXXVII. DCCCXXVIII. DCCCXXX. DCCCXXXI. 1 3 DCCCXXIX. 5, 0 3 DCCCXXXIII. DCCCXXXIV. DCCCXXXV. DCCCXXXVI. DCCCXXXVII. 1 3 2, 5, 0 DCCCXXXIX. DCCCXL. DCCCXLI. DCCCXLII. DCCCXLIII. 1 3 2, 5, 0 DCCCXLV. DCCCXLVI. DCCCXLVII. DCCCXLVIII. DCCCXLIX. 1 3 2, 5, 0 DCCCLI. DCCCLII. DCCCLIII. DCCCLIV. DCCCLV. 1 3 2, 5, 0 DCCCLVII. DCCCLVIII. DCCCLX. DCCCLXI. 1 3 DCCCLIX. 5, 0 2 DCCCLXIII. DCCCLXIV. DCCCLXV. DCCCLXVI. DCCCLXVII. 1 3 1, 5, 0 DCCCLXIX. DCCCLXX. DCCCLXXI. DCCCLXXII. DCCCLXXIII. 1 3 1, 5, 0 DCCCLXXV. DCCCLXXVI. DCCCLXXVII. DCCCLXXVIII. DCCCLXXIX. 1 3 1, 5, 0



DCCCXCII. Untuk grafik yang pertama, terdapat sebuah lengkungab dari rentang suhu 0-50 C yang menunjukkan peritiwa anomali air. Namun uniknya peristiwa ini terjadi dua kali. Dari data, peristiwa ini terjadi pula pada suhu 906,40 C. Garis yang putus pada grafik disebabkan oleh data yang tidak dapat diambil dari termometer dikarenakan termometer tidak menunjukkan data yang valid selama rentang suhu tersebut.



DCCCXCIII. Grafik Perubahan Ketinggian Air Terhadap Penurunan Temperatur 40 35 30 25 Ketinggian (cm)20 15



H



10 5 0 Temperatur ( Celcius)



DCCCXCIV. Sedangkan untuk grafik kedua, tidak menunjukkan adanya lengkungan apa suhu disekitar 40 C, tetapi malah menunjukkan tidak ada garis lurus ‘seolah’ tidak ada perubahan volume selama penaikan suhu. Ini terjadi karena tabung peraga yang tidak terisi penuh pada saat percobaan berlangsung. Hal ini berakibat pada terjadinya geloembunggelembung udara dalam tabung peraga yang terpertangkap diantara air, sehinggga tidak terjadi penurunan/penyusutan volume. Jadi bisa dikatakan, sebenarnya terjadi penyusutan volume di suhu 3,2 0 C. DCCCXCV. Selanjutnya, dari pengolahan data diatas kita mendapatkan nilai koefisien muai terbaik sebesar γ =0,0345763 /° C dan γ =0,03407667 /° C .



Disini



dapat



dilihat bahwa koefisien muai air berada di sekitar 0,34/0 C.



DCCCXCVI.Dari data yang didapat kita juga dapat menghitung jumlah massa air yang kita gunakan untuk percobaan ini. Namun seharusnya massa air berkurang pada saat penaikan temperatur karena airnya tumpah dari tabung peraga. Ini dikarenakan pengasumsian yang kurang tepat mengenai H menjadi Volume (jika dipergunakan untuk perhitungan massa air) karena dimensi H berbeda dengan dimensi Volume. DCCCXCVII. Peristiwa anomali air pada percobaan ini tidak terjadi tepat di suhu 00-40 C, ini dikarenakan kemampuan lingkungan yang tidak dapat mencapai 00 C. Hal ini juga dikarenakan panas dari lingkungan ya ng mempengaruhi sistem sehingga tidak berada dalam adiabatik, dan sebagainya. DCCCXCVIII. KESIMPULAN DCCCXCIX.Dari Percobaan yang telah dilakukan, volume dan massa air telah terukur dengan cara mengambil data ketinggian air dalam tabung peraga saat penaikan dan penurunan suhu. CM. Dari percobaan ini juga telah dipahami konsep dari anomali air, yaitu pengecualian kejadian pada air saat berada di rentang suhu 00-40 C, namun pada percobaan ini rentangnya bergeser dikarenakan pengaruh eksternal lingkungan. CMI. CMII. Daftar Pustaka CMIII. [1] “Anomali Air”. Gurumuda.net/anomali-air.htm. (waktu akses : 3 November 2014 pukul 14.00 WIB) CMIV. [2] “Pemuaian Zat Padat, Cair, dan Gas”. 24 Januari 2013. Rumushitung.com/2013/01/24/pemuaianzat-padat-cair-gas. (waktu akses : 3 November 2014 pukul 13:35 WIB) CMV.