DOI: 10.24252/jft.v10i2.40085

## JFT: Jurnal Fisika dan Terapannya
p-ISSN: 2302-1497, e-ISSN: 2715-2774 http://journal.uin-alauddin.ac.id/index.php/jft
Rancang  Bangun  Alat  Uji  Muai  Panjang  Material  Logam  Berbasis Pemanas Elektrik dan Dial Indikator
Hadi Santoso 1* , Arie Linory 2 , Marhadi Budi Waluyo 3 , Andi Rosman 4
1 Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Borneo Tarakan
2 Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Borneo Tarakan
3 Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Borneo Tarakan
4 Program Studi Pendidikan Fisika, FKIP, Universitas Sulawesi Barat
Email: hadisantoso@borneo.ac.id *Corresponding Author

## Abstrak
Telah dilakukan rancang bangun alat uji muai panjang material logam berbasis pemanas elektrik dan dial indikator dengan material uji berupa batang besi. Tujuan dari penelitian ini merancang bangun alat uji muai panjang material logam dan menganalisa kelayakan dari alat uji tersebut. Komponen utama  pada  alat  uji  muai  ini  mengunakan  pemanas  elektrik  dan  alat  ukur  dial  indikator.  Fungsi pemanas elektrik adalah sebagai pemanas pada spesimen uji, sedangkan dial indikator sebagai alat ukur yang menjadi indikator penunjukan terjadinya fenomena pemuaian panjang. Setelah dilakukan pengujian terhadap batang besi menunjukan alat ini bekerja dengan baik dalam mengamati fenomena pemuaian panjang secara kualitatif. Namun hasil analisa secara kuantitatif menunjukan perbedaan hasil nilai keofisien besi sebagai material uji, dimana koefisien terukur (0,000045/℃) dan refrensi (0,000012/℃).
Kata kunci: Alat Uji Muai, Batang Besi, Dial Indikator, Pemanas Elektrik, Pemuaian

## Abstract
Has been design of a length expansion test instrument for metal material based on electric heaters and dial gauge with iron rods metal as the test material. The purpose of this research is to design a metal material length expansion instrument and analyze the feasibility of the instrument. The main components of this expansion test tool use an electric heater and a dial gauge. The function of the electric heater is as a heater on the test specimen, while the dial indicator is used as a measuring device which is an indicator of the long expansion phenomenon. After testing the iron metal, it showed that this instrument worked well in observing the long expansion phenomenon qualitatively. However, the  quantitative  results  show  differences,  where  the  coefficient  is  measured  (0.000045/℃)  and reference (0.000012/℃).
Keywords: Expansion Test Instrument, Iron Bars, Dial Gauge, Electric Heaters, Expansion

## Info Artikel
Status artikel: Diterima: 1 Agustus 2023 Disetujui: 5 September 2023 Tersedia online: 30 Desember 2023

## 1. PENDAHULUAN
Ilmu sains diaplikasikan pada berbagai bidang ilmu terapan dan rekayasa. Salah satu ilmu  rekayasa  adalah  teknik  mesin,  dimana  teknik  mesin  merupakan  ilmu  rekayasa  yang mempelajari  terkait  konstruksi,  manufaktur,  material,  hingga  konversi  energi.  Dasar  ilmu sains dari rekayasa teknik mesin adalah ilmu fisika. Dalam bidang konstruksi dan material terdapat  suatu  fenomana  dasar  fisika  yang  terjadi  pada  material  logam  yakni  pemuaian. Pemuaian sangat penting diperhitungkan dikarenakan saat melakukan proses konstruksi pada sebuah material maka derajat panas yang mengenai objek akan terjadi perubahan dimensi.
Pemuaian  dapat  didefinisikan  sebagai  perubahan  ukuran  suatu  benda  ketika  benda tersebut mengalami perubahan temperatur. Semua zat, baik zat padat, zat cair, maupun gas dapat mengalami pemuaian bila mengalami perubahan temperatur. Pemuaian pada zat padat terdiri dari muai panjang, muai luas dan muai volume [1]. Dalam fenomena pemuaian, logam akan menggalami perubahan fisik, baik itu panjang, luas, maupun volume jika dipanaskan. Tingkat perubahan ukurannya pula berbeda-beda untuk jenis logam yang berbeda [2]. Yang mempengaruhi perbedaan tersebut adalah koefisien muai.
Koefisien  muai  adalah  metrik  yang  menentukan  tingkat  muai.  Koefisien  muai menentukan bagaimana ukuran benda bertambah seiring perubahan temperatur [3]. Koefisien muai padatan dan zat cair biasanya tidak dipengaruhi oleh tekanan, meskipun dapat berubah seiring dengan terjadinya perubahan temperatur [4]. Benda-benda  yang terbuat dari logam dapat mengalami pemuaian jika terkena panas atau mengalami kenaikan temperatur. Melalui suatu eksperimen atau percobaan, nilai koefisisen muai panjang dari berbagai logam dapat dibuktikan.
Sebelum  dilakukan  proses  ekperimen  perhitungan  nilai  koefisien,  hal  yang  paling menarik  adalah  membuktikan  bahwa  pemuaian  dapat  diamati  secara  kasat  mata.  Sebuah peralatan  eksperimen  sederhana  telah  mampu  membuktikan  fenomana  pemuaian,  alat tersebut  disebut  dengan musschenbroe k.  Alat musschenbroek merupakan  alat  yang  dapat digunakan  untuk  mengetahui  perbandingan  koefisien  muai  panjang  suatu  benda  padat (berbentuk  batang),  tetapi  tidak  dapat  digunakan  untuk  menghitung  nilai  koefisien  muai panjang  masing-masing  benda  tersebut  [5].  Sistem  kerja  alat  ini  adalah  menemukan perbandingan  kualitatif  perubahan  panjang  logam  yang  berbeda  yang  ditunjukan penyimpangan jarum dimasing-masing ujung batang logam. Semakin besar penyimpangan pada  jarum  maka  semakin  besar  nilai  keofisien  muainya.  Sebaliknya  semakin  kecil penyimpangan pada jarum maka semakin kecil pula nilai keofisiennya. Hal ini berbanding lurus pada pertambahan Panjang yang diakibatkan fenomena pemuaian.
Selain  alat musschenbroek yang  memiliki  cara  kerja  sederhana  dalam  penunjukan fenomena  pemuaian,  terdapat  pula  alat  lain  hasil  berbagai  penelitian  yang  membutikan
Hadi Santoso, dkk. / Jurnal Fisika dan Terapannya (2023) Vol. 10 (2): 66 - 75
eksperimen pemuaian secara kompleks. Salah satu penelitian tersebut adalah pembuatan alat uji  muai  menggunakan  metode  difraksi  [6].  Pemuaian  akibat  panas  dapat  mengakibatkan celah tipis akan semakin melebar dan juga mengakibatkan perubahan pada pola difraksi yang dihasilkan. Pengukuran lebar difraksi dilakukan setiap kenaikan temperatur tertentu dengan mengunakan  milimeterblock.  Koefisien  pemuaian  dihitung  dari  gradien  garis  hasil  regresi linier hubungan antar temperatur dengan seperlebar difraksi. Tentu saja hal ini membutuhkan detail  alat  yang  lebih  kompleks.  Selain  metode  difraksi,  pengukuran  pemuaian  yang kompleks juga dilakukan dengan bantuan pengukuran digital dengan memanfaatkan sensor. Saat  ini  telah  banyak  penelitian  yang  menerapkan  sensor  sebagai  salah  satu  komponen pengukuran seperti pengukuran suhu dan salinitas menggunakan mikrokontroler dan android [7]. Penelitian lainnya seperti pemanfaatan sensor rotary encoder yang memberikan sinyal akibat adanya perubahan panjang logam. Sinyal  yang diperoleh selanjutnya  akan diproses oleh mikrokontroler yang telah diprogram untuk mengolah data perubahan temperatur sensor LM35. Hasil pengolahan data selanjutnya menampilkan data keofisien muai pada LCD [8].
Berdasarkan  hal  inilah  tim  penulis  tertarik  mengembangkan  sebuah  alat  uji  muai dengan  menggabungkan  sistem  sederhana  alat musschenbroek yang  dapat  mengamati fenomena kualitatif pemuaian disertai data terukur yang dapat dianalisa  sehingga nantinya dapat  membuktikan  nilai  koefisien  muai  suatu  material.  Tim  penulis  tertarik mengembangkan  alat  ini  menggunakan  pemanas  elektrik  dan  alat  ukur dial  indikator . Tujuannya adalah merancang alat uji muai panjang material logam berbasis pemanas elektrik dan dial  indikator ,  serta  menganalisis  kelayakannya  dalam  mengetahui  fenomena  dan pembuktian nilai koefisien pemuaian.

## 2. METODE PENELITIAN
Metode penelitian yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode eksperimen. Metode  ekperimen  ini  untuk  menunjukkan  konsep  pemuaian  panjang,  yaitu  pembuktian fenomena panjang dengan mengukur nilai variabel-variabelnya seperti perubahan temperatur dan perubahan panjang logam. Eksperimen yang dilakukan diawali dengan tahap persiapan, yang  meliputi  kegiatan  kajian  pustaka  dan  perancangan.  Hasil  dari  perancangan  akan menunjukan alat dan bahan yang dibutuhkan dalam penyusunan alat ukur pemuaian. Tahap selanjutnya adalah pembuatan rangkaian alat percobaan muai panjang sesuai perancangan. Tahap akhir adalah pengujian dan analisis data serta kesimpulan.

## 2.1 Perancangan
Dasar  perancangan  alat  uji  pemuaian  ini  adalah  pengembangan  alat musschenbroek. Alat musschenbroek biasanya memiliki prinsip sederhana dalam memperoleh panas dalam proses pemuaian logam ujinya. Panas alat musschenbroek biasanya diperoleh dari nyala api pada objek bakar berupa lilin [9]. Pada alat ini akan digunakan pemanas elektrik sebagai pengganti lilin. Sedangkan indikator perubahan panjang akan terdeteksi melalui dial indikator. Prinsip kerja  alat  uji  muai  ini  adalah  pemanas  elektrik  akan  menaikan  temperatur  batang  logam.
Hadi Santoso, dkk. / Jurnal Fisika dan Terapannya (2023) Vol. 10 (2): 66 - 75
Batang  logam  yang  bertambah  panjang  akan  mendorong  alat  ukur dial  indikator. Berikut adalah bentuk perancangan alat uji muai;
Gambar 1. Perancangan alat uji muai berbasis pemanas elektrik dan dial indikator

## 2.2 Alat dan Bahan
Detail alat dan bahan yang diperlukan dalam penyusunan alat uji pemuaian ditunjukan pada skema gambar 2 berikut;
Gambar 2. Skema alat dan bahan alat uji muai
Alat dan bahan berdasarkan penomoran pada gambar 2 yakni 1) Dial indikator, 2) Magnetic Holder , 3) Sensor Termokopel, 4) Material uji (batang besi), 5) Stand material uji, 6) Daya input, 7) Saklar, 8) Pemanas induksi, 9) Termometer digital, 10) Papan dasar alat uji muai.
Hadi Santoso, dkk. / Jurnal Fisika dan Terapannya (2023) Vol. 10 (2): 66 - 75

## 2.3 Pengujian Alat
Pengujian dilakukan menggunakan bahan uji berupa batang besi. Sistem pemanas elektrik terdiri dari saklar, daya input, dan pemanas induksi.  Ketika saklar diposisikan on maka daya yang  bersumber  dari  tegangan AC akan  menyalurkan  energi  kepada  pemanas  induksi. Pengujian alat berfokus pada keberhasilan terjadinya pemuaian dengan indikator terjadinya perubahan pada skala dial indikator.

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Setelah  dilakukan  pengumpulan  alat  dan  bahan  dan  perakitan  sesuai  skema  pada gambar  2,  maka  gambar  3  dan  gambar  4  adalah  penunjukan  hasil  perakitan  alat  uji  muai panjang logam;
Gambar 3. Alat uji muai panjang tampak samping
Gambar 4. Alat uji muai panjang tampak atas
Prinsip kerja dari alat ini yakni Ketika sistem pemanas elektrik terdiri dari saklar, daya input, dan pemanas  induksi  berada pada posisi on maka daya  yang bersumber dari tegangan AC akan  menyalurkan  energi  kepada  pemanas  induksi.  Kalor  yang  bersumber  dari  pemanas induksi selanjutnya menghantarkan kalor secara radiasi kepada batang material uji. Ketika terjadi kenaikan temperatur maka material uji akan mengalami fenomena pemuaian.
Pemuaian menyebabkan batang material uji akan mengalami pertambahan panjang, sehingga dial indikator yang sebelumnya berada pada skala nol akan terdorong hingga terjadi pertambahan  skala.  Hal  tersebut  menunjukan  perubahan  panjang  yang  terjadi.  Salah  satu
Hadi Santoso, dkk. / Jurnal Fisika dan Terapannya (2023) Vol. 10 (2): 66 - 75
contoh  kinerja  dial  indikator  dalam  mengukur  perubahan  panjang  dapat  diamati  melalui gambar 5 ketika sistem sistem pemanas bekerja hingga material uji terdeteksi menunjukan derajat panas 120 0 𝐶 ;
Gambar 5. Penunjukan skala dial indikator ketika temperatur uji 120 0 𝐶
Alat  yang  dirancang  bangun  ini  dilengkapi  dengan  sensor  termokopel sehingga mampu  membaca  nilai  temperatur  secara  akurat.  Menurut  Santoso  [10],  Termokopel merupakan sebuah alat yang digunakan untuk mengukur temperatur. Termokopel memiliki output berupa arus listrik sehingga pengkonversiannya dapat secara digital. Menurut Rosman [11]  termokopel  sendiri  memiliki  keunggulan  yakni  mempunyai  range  pengukuran  yang lebar  dibanding  dengan  beberapa  sensor  temperatur  jenis  lainnya.  Sedangkan  penggunaan dial indikator dalam penelitian ini prinsipnya sesuai dengan Ummu dalam Anam [12] bahwa alat  ukur  ini  merupakan  alat  ukur  mekanik  yang  dipergunakan  untuk  memeriksa penyimpangan  yang  sangat  kecil  dari  bidang  datar.  Secara  umum  proses  pemuaian  dapat diamati dengan baik menggunakan alat yang dirancang bangun ini.
Tahap pengujian data untuk mengetahui nilai keakuratan nilai koefisien muai panjang diperoleh dari data nilai kenaikan temperatur terhadap setiap kenaikan skala indikator. Dalam penelitian  ini  detail  pergerakan  skala  dan  perubahan  temperatur  menggunakan  alat  bantu perekam video. Hal ini dilakukan agar diperoleh data yang akurat. Data yang digunakan harus memenuhi persamaan yang dikemukakan Tippler dalam Gozali [13] mengenai muai panjang yang memenuhi;
𝛼 = ∆𝐿 𝑙 𝑜 .∆𝑇 (1)
dimana  α  : Koefisien muai panjang logam ( / 𝑜 𝐶) ∆𝐿 : Perubahan Panjang (m) ∆𝑇 : Perubahan Temperatur ( 0 𝐶) 𝑙 𝑜 : Temperatur Awal ( 0 𝐶)
Dengan kondisi temperatur awal adalah 30 𝑜 𝐶 dengan panjang awal material uji 20 cm maka hasil variabel data pengujian nilai koefisien muai panjang disajikan pada tabel 1 berikut;
Tabel 1. Hasil pengujian nilai koefisien panjang material
T1( ℃) Lo(cm) ∆T( ℃) ∆L(mm) α/℃ 30 20 5 0.40 0.0004 30 20 10 0.43 0.000215 30 20 15 0.50 0.000166 30 20 20 0.55 0.000137 30 20 25 0.58 0.000116 30 20 30 0.62 0.000103 30 20 35 0.64 0.000091 30 20 40 0.66 0.000082 30 20 45 0.68 0.000075 30 20 50 0.69 0.000069 30 20 55 0.71 0.000064 30 20 60 0.72 0.00006 30 20 65 0.73 0.000056 30 20 70 0.74 0.000052 30 20 75 0.75 0.00005 30 20 80 0.76 0.000047 30 20 85 0.77 0.000045 30 20 90 0.79 0.000043
Bila diamati pada tabel 1 maka diperoleh nilai koefisien panjang yang dinamis pada setiap pengambilan data. Rata-rata nilai koefisien muai menujukan nilai 0,000045/℃. Hal tersebut terjadi selisih yang signifikan dikarenakan referensi data nilai koefisien panjang besi sebagai bahan uji menurut tabel koefisien muai panjang [14] adalah 0,000012/℃.  Bila tabel 1 diatas dapat  disajikan  dalam  bentuk  grafik  sesuai  gambar  gambar  6  menunjukan  bahwa  nilai koefisien tidak stabil disetiap terjadi kenaikan temperatur;
Gambar 6. Grafik proses pemuaian panjang alat uji muai panjang dengan material uji besi Menurut  Wijaya  [14]  koefisien  muai  panjang  suatu  benda  adalah  bilangan  yang menunjukkan pertambahan panjang suatu benda tiap satuan panjang jika temperatur benda tersebut  naik 1 𝑜 𝐶 .  Artinya  pertambahan  panjang  disetiap  kenaikan  temperatur  masing- masing  material  ditentukan  oleh  bilangan  koefisien  muai.  Artinya  setiap  pertambahan panjang  akan  selalu  menujukan  kelipatan  kenaikan  temperatur.  Penunjukan  nilai  hasil perhitungan koefisien muai memiliki perbedaan dari nilai referensinya menunjukan alat ini belum dapat digunakan dalam menguji nilai koefisien panjang.
Penggunaan dial indikator yang mengambil peran sebagai nilai terukur pertambahan panjang  perlu  dikaji  lebih  lanjut.  Hal  ini  dikarenakan  menurut  Susanto  [15]  menyebutkan bahwa fungsi dial indikator atau yang biasa diosebut dial gauge secara terperinci memiliki fungsi 3 (tiga) fungsi yakni mengukur tingkat kerataan pada bidang datar, mengukur tingkat kerataan pada bidang miring, dan mengukur tingkat kerataan dan sisi bulat pada suatu bidang poros. Maka dari itu  perlu  ada penelitian terkait  dengan konversi kenaikan skala terhadap perubahan  panjang  akibat  pemuaian  yang  memiliki  satuan  milimeter  atau  meter.  Namun begitu alat ini masih layak digunakan diruang lingkup pengamatan fenomena muai panjang. Hal  ini  dikarenakan  alat  ini  secara  jelas  mampu  menunjukan  perubahan  panjang  dengan indikator penyimpangan skala akibat adanya posisi kerataan logam uji.

## 4. SIMPULAN
Telah  dilakukan  rancang  bangun  alat  uji  muai  panjang  material  logam  berbasis pemanas elektrik dan dial indikator dengan material uji berupa batang besi. Pemanas elektrik mampu bekerja dengan baik dalam memberikan kenaikan temperatur pada material uji, dan dial indikator mengalami perubahan skala dalam merespon fenomena pemuaian yang terjadi. Namun  hasil  analisa  kuantitatif  menunjukan  adanya  perbedaan  nilai  koefisien  terukur (0,000045/℃)  dan  refrensi  (0,000012/℃).  Maka  dari  itu  penggunaan  dial  indikator  perlu dikaji kembali sebagai alat ukur perubahan panjang muai.

## 5. DAFTAR PUSTAKA
[1] Yantidewi, M. dkk. (2018). Pengukuran Koefisien Muai Volume Minyak Nabati dan Air  Berdasarkan  Relasi  Linear  Antara  Perubahan  Volume  dan  Perubahan Temperatur . Jurnal Inovasi Pendidikan Fisika dan Riset Ilmiah (JIPFRI), Vol. 2 No. 1, hal. 43-48.  DOI: 10.30599/jipfri.v2i1.160
[2] Abdullah,  Mikrajuddin.  (2016). Fisika  Dasar  1 .  Institut  Teknologi  Bandung,  2016. Hal. 878 – 881.
[3] Usman, A. A., dan Rahmawati, E., (2016). Menentukan Koefisien Muai Termal Logam Menggunakan Sistem Pengukuran Digital . Jurnal Inovasi Fisika Indonesia (IFI). Vol. 5, No. 3. Hal 6–8.
[4] Yantidewi, M., dkk. (2018). Pengukuran Koefisien Muai Volume Minyak Nabati dan Air  Berdasarkan  Relasi  Linear  Antara  Perubahan  Volume  dan  Perubahan Temperatur. Jurnal  Inovasi  Pendidikan Fisika dan Riset  Ilmiah (JIPFRI), 2(1).  Hal. 43–48.
[5] Diatri,  F.I,  dkk.  (2020). Pengembangan  Alat  Musschenbroek  dan  Panduan Praktikumnya untuk Membangun Inkuiri Siswa. Jurnal Ekstakta Penidikan (JEP). Vol. 4, No. 2, hal. 203-211. Doi: https://doi.org/10.24036/jep/vol4-iss2/496.
[6] Pujayanto, dkk. (2016). Pembuatan Alat Percobaan Pengukuran Koefisien Pemuaian Panjang  Logam  Dengan  Difraksi. Seminar  Nasional  Pendidikan  Sains  (SNPS).  hal. 263–267.
[7] Rosman, A., Zahir, A., Wahyuni, A., & Anastasya, A. (2019). Rancang Bangun Antar Muka  Monitoring  Suhu  dan  Salinitas  Lahan  Budidaya  Rumput  Laut  Berbasis Mikrokontroler dan Android. Prosiding Semantik, Vol. 02 No. 01, hal 127-133.
[8] Usman, A. A dan Rahmawati, E. (2016). Menentukan Koefisien Muai Termal Logam Menggunakan Sistem Pengukuran Digital. Jurnal Inovasi Fisika Indonesia (IFI) Vol. 05 No. 03, hal 6-8.
[9] Jua,  S.  K,  dkk.  (2017). Pengembangan  Alat  Percobaan  Muai  Panjang  Zat  Padat Sebagai Alat Praktikum Fisika Pada Materi Pemuaian . Seminar Nasional Pendidikan Fisika III Universitas PGRI Madiun, hal. 122 – 129.
[10] Santoso, Hadi. dan Ruslim. (2019). Pembuatan Termokopel Berbahan Nikel (Ni) dan Tembaga  (Cu)  Sebagai  Sensor  Temperatur .  Indonesian  Journal  Of  Fundamental Sciences (IJFS). Vol.5, No.1. hal. 59-66.
[11] Rosman, Andi. (2018). Perancangan Termokopel Berbahan Besi  (Fe) dan Tembaga (Cu) Untuk Sensor Temperatur. Indonesian Journal Of Fundamental Sciences (IJFS). Vol.4, No.2. hal. 120-127.
[12] Anam,  M.  C,  dkk.  (2017). Pengembangan  Modul  Pembelajaran  Penggunaan  Dial Indikator  Dan  Cylinder  Gauge  Untuk  Siswa  Kelas  X  Program  Keahlian  Teknik Kendaraan  Ringan  Di  SMK  Negeri  11  Malang. JURNAL  TEKNIK  OTOMOTIF Kajian Keilmuan dan Pengajaran. Vol. 1, No. 2, hal. 19 – 30.
JFT | 74
[13] Gozali, Rahmat. (2012). Alat Ukur Muai Panjang Logam. Prodi Fisika Instrumentasi. FMIPA Universitas Indonesia.
[14] Wijaya,  I.  K.  (2014). Buku  Ajar  Fisika .  Jurusan  Teknik  Elektro,  Fakultas  Teknik. Universitas Udayana.
[15] Susanto, I. C. (2019). Proses Pembuatan First Base Dan Second Base Pada Universal Stand  Dial. Program  Studi  Teknik  Mesin.  Fakultas  Teknik.  Universitas  Negeri Yogyakarta.