Model Modul Program Keahlian : Semua Kelompok Teknologi KATA PENGANTAR

Transkripsi

1 KATA PENGANTAR Kurikulum SMK 2004 adalah perangkat kurikulum yang muatannya memotivasi siswa terampil menggunakan potensi yang ada dalam dirinya. Untuk menunjang itu semua, maka Subdis Pendidikan SMK Dinas Dikmenti Provinsi DKI Jakarta, memprakarsai pembuatan modul Fisika SMK Teknik I ini untuk memberi kesempatan pada peserta diklat untuk belajar secara mandiri sesuai dengan kecepatan belajar masing masing. Modul sebagai alat atau sarana pemelajaran yang berisi materi, metode, batasan batasan dan cara mengevaluasi dan dirancang secara sistematis dan menarik untuk mencapai kompetensi/ subkompetensi yang diharapkan. Untuk itu ada 2 bagian poko yang ada dalam modul ini, yaitu : bagian pendahuluan dan bagian pemelajaran. Bagian pendahuluan berisi : deskripsi modul, petunjuk penggunaan modul, tujuan akhir pemelajaran, kompetensi, dan cek kemampuan awal. Sedangkan bagian pemelajaran berisi ; rencana pemelajaran siswa dan uraian materi. Dalam uraian materi terdapat : contoh soal, untuk membantu pemahaman peserta diklat lembar kerja siswa yang berisi praktikum atau kegiatan dan soal evaluasi yang berguna sebagai tolak ukur bagi peserta diklat apakah sudah menguasai kompetensi ini atau belum Ucapan terima kasih kami sampaikan pada pihak pihak yang telah membantu proses pembuatan dan penerbitan modul ini. Dan mohon maaf bila dalam penulisan modul ini masih banyak kekurangan, untuk itu kritik dan saran dari rekan rekan guru, para akademis lain sangat kami hargai. Semoga modul ini dapat bermanfaat bagi perkembangan dunia pendidikan kita. Jakarta, Juli Tim penyusun

2 DAFTAR ISI Halaman Sampul 1 Halaman Prancis (Sampul Dalam).2 Kata Pengantar.. 3 Daftar isi 4 Peta Modul 5 Glosarium.. 6 BAB I PENDAHULUAN 7 A. Deskripsi. 7 B. Prasyarat.. 7 C. Petunjuk Penggunaan Modul. 7 D. Tujuan Akhir.. 8 E. Kompetensi. 9 F. Cek Kemampuan 9 BAB II PEMELAJARAN 11 A. Rencana Belajar Siswa.. 11 B. Kegiatan Siswa a. Uraian materi. 12 b. Rangkuman 24 c. Lembar Kerja Siswa.. 25 d. Uji Kompetensi.. 26 e. Kunci Jawaban 28 f. Kriteria Penilaian 28 BAB III EVALUASI.. 29 BAB IV PENUTUP 31 Daftar Pustaka

3 PETA MODUL FISIKA SMK TEKNOLOGI DAN INDUSTRI TINGKAT I Komponen Besaran dan Satuan Kompetensi Sifat Mekanika Zat Kompetensi Gerak dan Gaya Kompetensi Suhu dan Kalor Kompetensi Usaha, Energi dan Daya Kompetensi Fluida

4 GLOSARIUM Suhu : temperatur atau besaran yang menunjukan derajat panas atau dingin suatu benda Kalor : salah satu bentuk energi yang dapat berpindah dari benda yang satu ke benda yang lainnya karena perbedaan suhu Kalor jenis : banyaknya kalor yang diperlukan oleh suatu zat untuk menaikan suhu satu kg zat sebesar satu derajat celsius Konduksi : proses perpindahan panas melalui suatu zat tanpa disertai dengan perpindahan partikel zat zat tersebut Konveksi : proses perpindahan panas melalui suatu zat yang disertai dengan perpindahan partikel zat zat tersebut Radiasi : proses perpindahan kalor dri permukaan sam benda dalam bentuk gelombang elektromagnetik Gelombang elekromagnetik : gelombang yang merambat tanpa memerlukan zat perantara

5 BAB I PENDAHULUAN A. Deskripsi Modul siswa tentang Suhu dan Kalor ini terbagi dalam 4 kegiatan belajar. Materi yang dipelajari dalam setiap kegiatan belajar adalah sebagai berikut : 1. Kegiatan belajar 1 tentang pengertian suhu, membahas mengenai skala dan beberapa termometer dan perubahan skala antar termometer 2. Kegiatan belajar 2 tentang pengertian kalor membahas mengenai kalor jenis, kapasitas kalor, asas Blck dan pemuaian zat : anomali air, pemuaian zat padat, cair dan gas 3. Kegiatan belajar 3 tentang perubahan wujud membahas mengenai perubahan wujud antar zat padat, cair dan gas, serta kalor laten 4. Kegiatan belajar 4 tentang perpindahan kalor membahas mengenai konduksi, konveksi dan radiasi. Selain penjelasan materi di atas, modul ini juga dilengkapi dengan lembar kerja siswa yang terdiri dari kegiatan praktikum dan soal evaluasi. Soal evaluasi terdiri dari 10 soal pilihan ganda dan 5 soal pilihan essai. Soal evaluasi ini sebaai tolak ukur, apakah seorang siswa sudah menguasai kompetensi ini atau belum. Jika siswa telah meguasai kompetensi ini ( 60% ), maka siswa dapat dapat melanjutkan ke kompetensi berikutnya. Setelah mempelajari modul ini, kopetensi yang diharapkan tercapai adalah siswa dapat menerapkan konsep Usaha, Energi, Daya dalam memecahkan permasalahan yang berhubungan dengan penggunaan kerja di bengkel. Pendekatan yang digunakan untuk mencapai kompetensi ini adalah pendekatan siswa aktif, yaitu pendekatan melalui metode pemberian tugas dan diskusi pemecahan masalah. B. Prasyarat Modul ini tidak mengunakan prasyarat C. Petunjuk Penggunaan Modul Penjelasan bagi siswa 1. Bacalah modul ini secara berurutan dan pahami benar isi dari setiap subkompetensinya. 2. Setelah anda mengisi cek kemampuan, apakah anda termasuk kategori orang yang perlu mempelajari modul ini? Apabila anda menjawab Ya, maka pelajari modul ini. 3. Laksanakan semua tugas tugas yang ada dalam modul ini agar kompetensi anda berkembang sesuai dengan standar 4. Buatlah rencana belajar anda dengan menggunakan format seperti yang ada dalam modul ini. Konsulasian dengan guru dan institusi lain sehingga mendapat persetujuan 5. Lakukan kegiatan belajar untuk mendapatkan kompetensi sesuai rencana kegiatan belajar yang telah anda susun dan disetujui oleh guru dan intitusi lain.

6 6. Pada saat mengerjakan lembar latihan, jangan menanyakan jawabannya pada orang lain, sebelum anda menyelesaikannya. 7. Kerjakan lembar latihan untuk pembentukan psikomotor skill, sampai anda benar benar terampil sesuai dengan standar. Apabila anda kesulitan dalam mengerjakan tugas ini, diskusikan dengan teman teman anda atau konsultasikan dengan guru anda. 8. Anda dapat melanjutkan ke modul berikutnya setelah menunjukan kemampuan yang disyaratkan dalam modul ini. Peran guru 1. Membantu siswa dapat merencanakan proses belajar 2. Membimbing siswa melalui tugas tugas pelatihan yang dijelaskan dalam tahap belajar 3. membantu siswa daplam memahami konsep, contoh soal dan menjawab pertanyaan siswa yang mengalami belajar 4. membantu siswa dalam menentukan dan mengakses sumber tambahan lain yang diperlukan untuk belajar. 5. Mengorganisasikan kegiatan belajar kelompok jika diperlukan. 6. Merencanakan seorang ahli/ pendamping guru dari tempat kerja untuk membantu jika diperlukan. 7. Melaksanakan penilaian 8. Menjelaskan pada siswa mengenai bagian yang perlu untuk dibenahi dan merundingkan rencana pemelajaran selanjutnya 9. Mencatat pencapaian kemajuan siswa D. Tujuan Akhir Spesifikasi kinerja yang diharapkan dapat dikuasai siswa setelah mengikuti seluruh kegiatan belajar adalah : 1. menghitung suhu dengan skala derajat C,R,F,K 2. menghitung kalor jenis dan kapsitas kalor 3. menghitung pemuaian zat padat, cair dan gas 4. menghitung perpindahan kalor secara konduksi, konveksi dan radiasi Berdasarkan spesifikasi di atas kemungkinan aplikasi konsep usaha, energi dan daya dalam dunia kerja diantaranya untuk menyelesaikan persoalan persoalan yang berkaitan dengan perhitungan day dan efisiensinya pada instalasi sistem jaringan komputer.

7 E. Kompetensi Kompetensi Kode Durasi pemelajaran Program Keahlian : Menerapkan suhu dan kalor : E : menit : Seluruh program keahlian Sub Kriteria Kinerja Lingkup Sikap kompetensi Belajar 1. Mengukur #Suhu diukur #Materi #Teliti suhu dengan kompetensi dalam menggunakan ini mengukur termometer membahas suhu tentang: benda suhu;penguk ur suhu derajat dengan skala derajat C,F,R dan K 2.Menghitun #Kalor jenis #Kalor jenis #Teliti g kalor dan kapasits dan kapsitas dalam ditetapkan kalor menghitun sesuai konsep #Asas Black g kalor kalor jenis dan kapasitas kalor 3.Menjelask #Pemuaian zat #Pemuaian #Teliti dalam an padat, zat cair zat menjelaska pengaruh dan gas #Perubahan n pemuaian kalor ditentukan wujud zat, terhadap dengan cara #Perpindahan perubahan zat pemuaian zat kalor secara wujud dan #Perubahan konduksi, perpindahan wujud dan konveksi dan kalor perpindahan radiasi kalor dilakukan oleh perlakuan panas Materi Pokok Pengetahuan #Pengertian suhu #Perhitungan pengukuran suhu Ketrampilan #Menghitung suhu dengan skala derajat C,F,R dan K #Pengertian kalor #Menghitung #Perhitungan kalor jenis kalor jenis dan dan kapasitas kalor kapasitas kalor #Perhitungan #Menghitung pemuaian zat pemuaian padat, zat cair zat padat, dan gas cair dan #Pengertian gas melebur, #Menghitung mengembang perpindaha dan membeku n kalor #Perpindahan kalor secara konduksi,konvek si dan radiasi

8 F.Cek Kemampuan Berilah tanda cek (V) pada kolom Ya atau tidak yang tersedia sesuai dengan apa yang anda pahami No Pertanyaan Tahukah anda pengertian suhu? Tahukah anda pembagian skala termometer celsius, reamur, fahrenheit dan kelvin Dapatkah anda melakukan konversi skala antara termometer celcius, reamur, fahrenheit dan kelvi Tahukah anda pengertian kalor, kalor jenis dan kapasitas kalor? Dapatkah anda menjelaskan fenomena anomali air? Dapatkah anda menghitung pemuaian panjang, luas, volume dari zat padat? Dapatkah anda menghitung pemuaian volume zat cair dan gas? Dapatkah anda menjelaskan perubahan wujud diantara zat padat, zat cair dan gas? Tahukah anda perpindahan kalor secara konduksi, konveksi dan radiasi? Dapatkah anda melakukan perhitungan dengan menggunakan persamaan konduksi, konveksi dan radiasi? Ya Tidak Apabila anda menjawab TIDAK pada salah satu pertanyaan di atas, pelajarilah materi tersebut pada modul ini. Apabila anda menjawab YA pada semua pertanyaan, maka lanjutkan dengan mengerjakan tugas, tes formatif dan evaluasi yang ada pada modul ini!

9 BAB 2 PEMELAJARAN A. Rencana Belajar Siswa Buatlah rencana belajar anda berdasarkan rancangan pemelajaran yang telah disusun guru, untuk menguasai materi Suhu dan Kalor ini dengan menggunakan format sebagai berikut : No Jenis kegiatan Mengetahui pengertian suhu, skala beberapa termometer dan perubahan skala anatar termometer Melakukan perhitungan dengan menggunakan persamaan kalor jenis, kapasitas kalor, azas Black dan pemuaian pada zat padat Melaksanakan eksperimen peruabahan wujud Melakukan perhitungan perpindahan kalor secara konduksi, konveksi dan radiasi Pencapaian Tanggal Jam Tempa t Paraf Alasan perubahan bila Siswa Guru diperlukan R. Teori R. Teori Lab R. Teori Mengetahui, Guru pembimbing Siswa peserta diklat (.. ) ( )

10 B. Uraian Materi A. SUHU 1. Pengertian Suhu Panas dan dingin dapat dirasakan melalui indera peraba kita. Akan tetapi kenyataannya indera peraba kita tidak dapat mengukur dengan tepat derajat panas dinginnya suatu benda. Tingkat panas dan dinginnya suatu benda disebut suhu atau temperatur. Untuk mengukur suhu suatu benda digunakan alat yang disebut Thermometer. Zat cair yang biasanya digunakan untuk mengisi thermometer adalah air raksa. Keuntungan air raksa : 1. mudah memuai atau menyusut sehingga suhu air raksa dapat sama dengan suhu benda yang akan diukur. 2. dapat dipakai untuk mengukur suhu rendah sampai yang tinggi karena air raksa mempunyai titik beku 390 C dan titik didihnya 3570 C. 3. tidak membasahi dinding tabung, sehingga pengukurannya menjadi lebih teliti. 4. pemuaiannya teratur. 5. mudah dilihat, karena air raksa mengkilat. 2. Penetapan Skala pada Thermometer a) Thermometer Celcius Andres Celcius seorang sarjana dari Swedia pada tahun 1742 menentukan 2 suhu tetap sebagai patokan yaitu suhu air murni yang sedang mendidih pada tekanan 1 atm dinyatakan besarnya 1000 atau 1000C sebagai suhu tetap atas dan air murni yang sedang membeku pada tekanan udara 1 atm dinyatakan 00 atau 00C sebagai suhu tetap bawah. Karena itu dibagi menjadi 100 skala, sehingga setiap skala menunjukkan perubahan suhu 10C. b) Thermometer Fahrenheit

11 Pada tahun 1706 Gabriel Daniel Fahrenheit sarjana Jerman membuat Thermometer berdasarkan pemuaian raksa. Fahrenheit menetapkan 2 suhu tetap sebagai patokan. Suhu air murni yang membeku 320F dan suhu air mendidih 2120F. Karena itu dibagi menjadi 180 skala, sehingga setiap skala menunjukkan perubahan 10F. Selain Thermometer Celcius dan Fahrenheit dikenal juga Thermometer Reamur. Pada Thermometer ini titik beku air = 00R dan titik didih air = 800R karena itu dibagi menjadi 80 skala. Di samping itu juga suhu dinyatakan dengan Kelvin (K). Pada skala Kelvin titik beku air 2730K dan titik didih air 3730K. Karena itu dibagi menjadi 100 skala. Suhu yang dinyatakan dengan Kelvin disebut Suhu Mutlak (T). 3. Hubungan Skala Suhu Celcius, Fahrenheit, Reamur dan Kelvin C F R K Titik didih air 100o 212o 80o 373o 100 skala 180 skala 80 skala 100 skala Titik beku air 0o 32o 0o 273o 1) Hubungan antara skala suhu C dan F T0C = (9/5 toc + 32)0F 2) Hubungan antara skala suhu C dan R T0C = 4/5 t0c 3) Hubungan antara skala suhu C dan K T0C = (toc + 273)0K Contoh soal : Thermometer x dalam mengukur titik beku air pada tekanan udara normal menunjukkan pada skala 150C dan dalam mengukur air yang sedang mendidih pada tekanan udara normal menunjukkan 1350X. Jika suhu benda diukur dengan Thermometer Celcius menunjukkan skala 800C. Berapa skala yang ditunjukkan Thermometer X? 100o C X 135o 80o o?

12 o 0 15o Penyelesaian : 100 skala C = 150 skala X 1 skala C = 1,5 skala X 00C = 150C t0c = (1,5t 15)0X 800C = (1,5 x 80 15)0X = (120 15)0X jadi 800C = 1050X B. PENGERTIAN KALOR Kalor adalah suatu bentuk energi. Definisi kalor : Satu kalor (kal) adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk memanaskan 1 gram air sehingga suhunya naik 10C. 1. Kalor jenis Didefinisikan sebagai banyaknya kalor yang diperlukan oleh suatu zat untuk menaikkan suhu 1 kg zat itu sebesar 10C. Q = m x c x Δt Keterangan : c = kalor jenis (kal/gr0c) atau (Joule/kg0C) Q = kalor (kalori) atau Joule m = massa benda (gr) atau kg Δt = perubahan suhu (0C) Contoh : Berapakah kalor jenis suatu zat, bila massa banda tersebut sebesar 100 gram sehingga suhunya naik menjadi 40C bila diberikan kalori 200 kalori! Penyelesaian : Diketahui : m = 100 gr Δt = 40C Q = 200 kalori Ditanya : c =..? Jawab : Q = m x c x Δt c = Q m x Δt = x 4 = 0,5 kal/gr0c 2. Kapasitas kalor

13 Adalah bilangan yang menunjukkan banyaknya kalor yang diperlukan oleh suatu benda untuk menaikkan suhu benda itu sebesar 10C. C = ΔQ Δt Keterangan : C Q Δt Perhatikan : c C = kapasitas kalor (kal/0c) atau (Joule/0C) = kalor yang diterima (kalori) atau Joule = perubahan suhu (0C) = kalor jenis (huruf kecil) = kapasitas kalor (huruf besar) C. PENGARUH KALOR TERHADAP ZAT Bila suatu zat diberikan kalor, maka pada zat tersebut dapat terjadi perubahan seperti : a. terjadi pemuaian b. terjadi perubahan wujud c. terjadi kenaikan suhu 1. Pemuaian zat Pada umumnya bila suatu zat diberikan kalor maka zat itu akan memuai. Hal tersebut tidak sepenuhnya berlaku pada air. Misal : volume air akan berkurang bila suhunya dinaikkan dari 00C sampai 40C. Peristiwa itu disebut Anomali Air. a) Pemuaian zat padat 1) Muai panjang/muai linier Jika benda yang berbentuk batang dipanaskan maka panjangnya bertambah. Persamaannya : Δℓ = α x ℓ0 x Δt Keterangan : Δℓ ℓ0 Δt α = pertambahan panjang batang (m atau cm) = panjang batang mula mula (m atau cm) = perubahan suhu (0C) = koefisiensi muai linier/ panjang (/0C) Koefisien muai panjang didefinisikan sebagai berikut : Koefisien muai panjang adalah bilangan yang menunjukkan besarnya pertambahan panjang tiap satu meter batang jika suhunya dinaikkan 10C.

14 maka : ℓt = ℓ0 ( 1 + α x Δt) Keterangan : ℓt = panjang batang pada suhu t (m atau cm) Contoh : Suatu batang logam yang terbuat dari alumunium panjangnya 2 m pada suhu 300C. Bila koefisien Muai panjang alumunium 25 x 10 6/0C. Berapakah pertambahan panjang batang alumunium tersebut bila suhunya dinaikkan menjadi 500C? Penyelesaian : Diketahui : ℓ0 = 2 m Δt = (50 30) 0C = 200C α = 25 x 10 6/0C Ditanya : Δℓ =.? Jawab : Δℓ = α x ℓ0 x Δt = (25 x 10 6) x 2 x (50 30) = 10 3 m Δℓ = 0,1 cm 2) Muai bidang (luas) Suatu bidang luasnya mula mula A0, terjadi kenaikan suhu sebesar Δt sehingga bidang bertambah luas sebesar ΔA, maka dapat dituliskan : ΔA = β x A0 x Δt Penjelasan : β = koefisien muai luas, dimana β = 2α Maka : At = A0 + ΔA At = A0 (1 + β x Δt) Keterangan : At = luas bidang setelah dipanaskan (m2 atau cm2) A0 = luas bidang mula mula (m2 atau cm2) Δt = perubahan suhu (0C) β = koefisien muai (/0C) Contoh : Sebuah logam tipis lebarnya 20 cm dan panjangnya 50 cm terbuat dari logam yang koefisien Muai liniernya 1,2 x 10 5/0C dengan suhu 250C. Jika logam tersebut dipanaskan sampai 1000C, berapa luasnya sekarang? Penyelesaian : Diketahui : P0 = 50 cm

15 Ditanya l0 α t1 t2 : A1 = 20 cm = 1,2 x 10 5/0C = 250C = 1000C =? Jawab : A0 = P0 x l0 = 50 x 20 = 1000 cm2 At = A0 (1 + β x Δt) = 1000 (1 + 2 x 1,2 x 10 5 x 75) = 1000 (1 + 0,0018) = 1000 (1,0018) At = 1.001,8 cm2 3) Muai volume (ruang) Volume mula mula suatu benda V0, kemudian dipanaskan sehingga suhunya naik sebesar Δt, dan volumenya bertambah sebesar ΔV ini dapat ditunjukkan dalam rumus : ΔV = γ x V0 x Δt Penjelasan : γ = kefisien muai ruang (10C), dimana γ = 3α Sehingga : Vt = V0 + ΔV Vt = V0 (1 + γ x Δt) Keterangan : Vt = volume setelah dipanaskan (m3 atau cm3) V0 = volume mula mula (m3 atau cm3) Δt = perubahan suhu (0C) γ = koefisien muai volume (/0C) Contoh : Sebuah balok tembag dengan ukuran panjang, lebar dan tinggi masing masing 15 cm, 10 cm, dan 12 cm bersuhu 270C. Balok tersebut kemudian dipanaskan sampai suhu 470C. Jika koefisien muai panjang tembaga 17 x 10 6/0C. Berapa volum balok sekarang? Penyelesaian : Diketahui : P0 = 15 cm l0 = 10 cm h0 = 12 cm t1 = 270C t2 = 470C α = 17 x 10 6/0C Ditanya : Vt =..?

16 Jawab : V0 = P0 x l0 x h0 = 15 x 10 x 12 = 1800 cm3 Δt = (47 27)0C = 200C Vt = V0 (1 + 3α x Δt) = 1800 (1 + 3 x 17 x 10 6 x 20) = 1800 (1 + 0,00102) = 1800 (1,00102) Vt = 1.801,84 cm3 b) Pemuaian zat cair Zat cair hanya mempunyai koefisien muai volume (γ). Bila volume mula mula suatu zat cair V0, kemudian zat cair itu dipanaskan sehingga suhunya naik sebesar Δt dan volumenya bertambah besar ΔV, maka dapat ditulis sebagai berikut : Vt = γ x V0 x Δt Vt = V0 + ΔV Vt = V0 (1 + γ x Δt) Hal ini tidak berlaku bagi air dibawah 40C. (ingat anomali air) Contoh : Gelas kaca yang volumenya 500 cm3 berisi penuh dengan raksa pada suhu 250C. Kemudian gelas kaca dipanaskan hingga suhunya naik menjadi 1000C. Jika koefisien muai linier gelas 2 x 10 5/0C dan koefisien muai volume raksa 1,8 x 10 4/0C. Berapa banyak raksa yang tumpah? Penyelesaian : Diketahui : Vraksa = Vgelas = 500 cm3 t1 = 250C t2 = 1000C αgelas = 2 x 10 5/0C γ raksa = 1,8 x 10 4/0C Ditanya : V raksa yang tumpah =.? Jawab : V gelas setelah dipanaskan : Vtg = Vg (1 + γg x Δt) = 500 (1 + 3 x αg x Δt) = 500 (1 + 3 x 2 x 10 5 x 75) = 500 (1 + 0,0045) = 502,25 cm3 Vtraksa = Vraksa ( 1 + γraksa x Δt) = 500 (1 + 1,8 x 10 4 x 75) = 500 (1 + 0,0135) = 500 (1,0135) = 506,75 cm3 jadi raksa yang tumpah ialah = 506,75 cm3 502,25 cm3 = 4,5 cm3 c) Pemuaian gas

17 Gas juga hanya mempunyai koefisien muai volume (γ). Yang akan dibicarakan adalah pemuaian gas pada tekanan yang tetap. Besarnya koefisien muai gas pada tekanan yang tetap untuk semua jenis gas adalah : γ = 1/273 Vt = V0 (1 + 1/273 x Δt) Contoh : 1. Suatu gas mula mula volumenya V. Berapa besarkah harus dinaikkan agar volumenya menjadi 2 kali volume mula mula dengan tekanan tetap? Penyelesaian : V0 = V dan Vt = 2V Vt = V0 (1 + 1/273 x Δt) 2V = V (1 + 1/273 x Δt) 2 = (1 + 1/273 x Δt) 2 1 = 1/273 x Δt 1 = 1/273 x Δt Δt = 2730C 2. Perubahan wujud zat a) melebur/mencair yaitu dari padat menjadi cair misal : es menjadi air b) menguap yaitu dari cair menjadi uap misal : air menjadi uap air Untuk melebur dan menguap, zat memerlukan kalor. Besar kalor yang diserap tiap satuan massa disebut kalor laten. Kalor laten peleburan disebut kalor lebur. Kalor laten penguapan disebut juga kalor uap/kalor didih. Kalor lebur suatu zat adalah banyaknya kalor yang diperlukan tiap1 kilogram zat itu untuk melebur pada titik leburnya. Dirumuskan : L = Q atau Q = m x L m Keterangan : Q = kalor yang diserap (J) m = massa zat (kg) L = kalor lebur (J/kg) Kalor uap atau kalor didih suatu zat adalah banyaknya kalor yang diperlukan tiap 1 kilogram zat itu untuk menguap pada titik didihnya. Dirumuskan : Lu = Q atau Q = m x Lu m 3. Perpindahan kalor Kalor merupakan salah satu bentuk energi yang dapat berpindah dari satu tempat ke tempat lain. Perpindahan kalor dapat melalui 3 cara yaitu :

18 1. Konduksi Bila sebatang logam salah satu ujungnya dipanasi, ujung yang lainnya dipegang, maka ujung yang dipegang lama kelamaan akan menjadi panas. Perpindahan kalor semacam itu disebut konduksi. Definisinya sebagai berikut : Konduksi adalah proses perpindahan kalor melalui suatu zat tanpa disertai dengan perpindahan partikel partikel zat itu. Persamaannya : Q = k x t x A x ΔT d H = k x A x Δ T d Keterangan : Q = banyaknya kalor yang mengalir (J) A = luas permukaan (m2) ΔT = perbedaan suhu 2 permukaan (K) d = tebal lapisan (m) k = konduktivitas termal (J/msK) t = lamanya kalor mengalir (s) H = kelajuan hantaran kalor (J/s) Zat yang mudah dilalui kalor disebut konduktor Zat yang sulit dilalui kalor disebut isolator Contoh : Plat besi yang memiliki tebal 4 cm dan luas permukaan cm2 salah satu permukaannya bersuhu 1200C dan permukaan lainnya bersuhu 1100C. Kondiktivitas termalnya 4,82 J/msK. Berapa kalor yang melalui plat besi tersebut tiap sekon? Penyelesaian : Diketahui : d A ΔT k Ditanya : H = 4 cm = 4 x 10 2 m = cm2 = 1 m = ( )0C = 100C = 4,82 J/msK =.? Jawab : H = k x A x Δ T d = 4,82 x 1 x 10 4 x 10 2 = 120,50 J/s

19 2. Konveksi Perpindahan kalor secara konveksi dapat terjadi pada zat alir (fluida) Air dipanaskan (lihat gambar). Partikel partikel air pada dasar gelas memuai panas, partikel yang telah panas bergerak naik. Sementara air yang dingin turun mengisi tempat yang ditinggalkan air panas yang naik. Demikian seterusnya terjadi secara alamiah, perpindahan kalor seperti itu disebut konveksi. Jadi konveksi adalah proses perpindahan kalor melalui zat yang disertai dengan perpindahan partikel partikel zat itu. Dengan persamaan : H = k x A x Δt Keterangan : H = laju perpindahan kalor (J/s) atau banyak kalor per satuan waktu A = luas permukaan (m2) Δt = perbedaan suhu (0K atau 0C) k = koefisien konveksi (J/sm2K) atau kal/s cm/0c Contoh : Udara dalam sebuah kamar bersuhu 250C, sedangkan suhu permukaan jendela kaca kamar 150C. Berapa laju kalor yang diterima oleh jendela kaca seluas 0,6 m2 jika koefisien konveksi pada suhu itu 7,5 x 10 5 kal/scm20c? Penyelesaian : Diketahui : Δt = 250C 150C = 100C A = 0,6 m2 h = 7,5 x 10 5 kal/scm20c Ditanya : H =..? Jawab : H = h x A x Δt = 7,5 x 10 5 x 6000 x 10 = 4,5 kal/s 3. Radiasi Misal pancaran cahaya matahari sampai di bumi disebut radiasi, jadi radiasi didefinisikan sebagai berikut : Radiasi adalah perpindahan kalor (energi) dari permukaan semua benda dalam bentuk gelombang elektromagnetik.

20 Yang dimaksud gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang merambat tanpa memerlukan zat perantara (medium). Ternyata permukaan semua benda dapat memancarkan energi dan dapat pula menyerap energi. Yosef Stefan ( ) menyatakan bahwa besarnya energi yang dipancarkan oleh suatu permukaan per satuan waktu per satuan luas sebanding dengan pangkat empat suhu mutlak permukaan. Persamaannya : E = e x σ x T4 Keterangan : E = energi yang dipancarkan/diserap per satuan waktu per satuan luas (Watt/m2)(J/s m2) σ = tetapan Stefan = 5,67 x 10 8 Watt/mk4 T = suhu mutlak (K) e = emisivitas permukaan atau koefisien pancaran serapan benda Daya yang dipancarkan/diserap oleh permukaan benda dirumuskan : P = e x τ x T4 x A Keterangan : P = daya yang dipancarkan/diserap benda (Watt) A = luas permukaan bidang (m2) Contoh : Sebuah benda memiliki permukaan hitam sempurna bersuhu 270C. berapa besarnya energi yang dipancarkan tiap satuan waktu tiap satuan luas permukaan benda tersebut? Penyelesaian : Diketahui : e = 1 (benda hitam) T = ( ) = 300 K τ = 5,67 x 10 8 Watt/m2K4 Ditanya : E =..? Jawab : E = e x τ x T4 = 1 x 5,67 x 10 8 x (300)4 = 5,67 x 10 8 x 81 x 108 = 459,27 Watt/m2

21 Rangkuman 1. Panas adalah suatu bentuk energi, sedangkan suhu adalah besaran yang menyatakan derajat panas suatu benda 2. Termometer dibuat berdasarkan sifat benda yang berubah karena pengaruh pearbedan suhu 3. Hubungan antar skala termometer a. Hubungan antara skala suhu C dan F T0C = (9/5 toc + 32)0F b. Hubungan antara skala suhu C dan R T0C = 4/5 t0c c. Hubungan antara skala suhu C dan K T0C = (toc + 273)0K Persamaan konversi skala untuk semua termometer A B = A B T B = T B 4. Pemuaian: a. muai panjang : ℓt = ℓ0 ( 1 + α x Δt) b. muai luas : ΔA = β x A0 x Δt c. muai ruang : ΔV = γ x V0 x Δt d. muai ruang gas ideal : Vt = V0 (1 + 1/273 x Δt) 5. Anomali air. Jika suhu air dinaikan dari 0o C samapi 4oC maka air tersebut akan menyusut, demikian pula sebaliknya. 6. Kalor dapat berpindah antara 2 benda 7. kalor jenis adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan setiap kg suatu zat untuk menaikkan suhunya sebesar 1 Kelvin. Q = m. c. T 8. Kapasitas kalor adalah banyaknya kalor yang diperlukan suatu benda untuk menaikkan suhuny 1 Kelvin C = Q / T 9. Pada saat suatu benda berubah wujud, benda tersebut melepaskan/ menerima sejumlah kalor Q = m.c 10. Konduksi adalah perpindahan kalor dengan medium zat padat Q = k x t x A x ΔT d H = k x A x ΔT d 11. Konveksi adalah perpindahan kalor dengan medium zat cair atau udara H = k x A x Δt 12. Radiasi adalah perpindahan kalor tanpa medium 4

22 LEMBAR KERJA SISWA EKSPERIMEN UNTUK MENGETAHUI PEMUAIAN DARI BERBAGAI BENDA KARENA PANAS A. Tujuan : Menyelidiki muai panjang dari suatu zat padat Alat alat dan Bahan : alat Musscheenbroek spritus batang logam dari : besi, tembaga, almunium B. Kegiatan : 1. Susun ketiga batang logam seperti pada gambar 2. Atur jarum penunjuk skala, sehingga menunjukan pada skala sama 3. Panaskan logam dengan menyala spritus 4. Catatlah pertambahan panjang pada masing masing batang logam D. Apakah kesimpulan anda pada percobaan di atas? a. Didapat pertambahan panjang ( Δl ) b. Kemukakan pendapatmu tentang zat padat yang mempunyai nilai/ angka pemuaian.

23 UJI KOMPETENSI A. PILIHAN GANDA 1. Berapakah suhu suatu benda, sehingga angka yang ditunjukan oleh skala celsius = skala fahrenheit adalah. A. 0 C. +38 E. +42 B. 32 D Bila skala dalam derajat kelvin menunjukan angka 293 K, maka angka ini yang sesuai dengan derajat skala fahrenheit adalah. A. 32 of C. 54 of E. 74 of o o B. 36 F D. 68 F 3. Sejumlah air yang dipanaskan dari 273 K sampai 277 K pada tekanan tetap, volumenya akan. A. bertambah C. tetap E. semua jawabahan salah B. berkurang D. tergantung tekanan uapnya 4. Pada suhu 212 ofahrenheit akan sama dengan suhu derajat pada skala Reamur yaitu. A. 0 or C. 80 or E. 273 or B. 32 or D. 100 or o 5. Suhu balok es adalah 63 C, jika di ukur dengan derajat termometer Kelvin adalah. A. 67 K C. 95 K E. 210 K B. 68 K D. 100 K 6. Suatu benda suhunya X oc, jika diukur dengan termometer Fahrenheit ternyata suhu benda itu 2X of, maka suhu benda tersebut adalah. A. 140 oc C. 160 oc E. 320 oc o o B. 160 C D. 175 C 7. Untuk memanaskan 500 gram zat X dari 30 oc menjadi 350 oc diperlukan panas sebesar kalori, maka kalor jenis zat X adalah. A. 1 kal /gram oc C. 3 kal /gram oc E. 5 kal /gram oc B. 2 kal /gram oc D. 4 kal /gram oc 8. Untuk memanaskan air 200 gram dari 25 oc menjadi 100 oc diperlukan kalor sebesar. ( cair = 1 kal/gr oc ) A. 10 Kkal C. 20 Kkal E. 30 Kkal B. 15 Kkal D. 25 Kkal gram air bersih suhunya 30 oc dicampur dengan air warna sebanyak 400 gram yang suhunya 100 oc, maka suhu akhir campuran air tersebut adalah. A. 37 o C C. 45 o C E. 60 o C o o B. 40 C D. 50 C 10. Suatu tabung tembaga dipanaskan dari 40 oc menjadi 100 oc, memerlukan panaskan Joule, maka kapasitas kalor tersebut adalah. A. 700 J/oC C. 800 J/oC E. 900 J/oC

24 B. 750 J/oC D. 850 J/oC 11. Kalor lebur es 80 kal/gr, untuk mencairkan 10 kg es pada titik leburnya diperlukan kalor sebesar. A. 80 Kkal C. 800 Kkal E. 888 Kkal B. 88 Kkal D. 88 Kkal 12. Pada suhu 300 K batang tembaga yang koefisiensi / oc memiliki panjang 12 cm. Jika suhu batang dijadikan 400 K, maka panjang batang bertambah. A. 0,0204 cm C. 2,04 cm E. 3,24 cm B. 0,204 cm D. 0,324 cm 13. Bila zat cair dipanaskan maka pertambahan volumenya adalah berbanding. A. lurus dengan suhu awal D. terbalik dengan suhu akhir B. terbalik dengan kenaikan suhu E. lurus dengan kenaikan suhu C. lurus dengan suhu akhir 14. Kalor jenis suatu benda tergantung dari. A. banyaknya kalor yang diserap benda D. macam benda B. massa benda E. salah semua C. kenaikan suhu benda 15. Es sebanyak 10 gram ( c es= 0,5 kal/gr oc ) pada suhu 0 oc diberi kalor sebanyak 1000 kalori. Bila kalor lebur es = 80 kalori /gram, maka air yang terjadi mempunyai suhu. A. 0 oc C. 20 oc E. 100 oc o o B. 10 C D. 40 C B. ESSAY 1. Seorang mencampur 4 kg air yg suhunya 80 oc dengan 10 kg yang suhunya 35 o C. berapakah suhu akhir campuran itu? gram air mendidih ( t = 100 oc ) dituangkan kedalam bejana logam yang massanya 100 gram dan suhunya 30 oc. Kalor jenis bejana 0,75 kal/gr oc dan kalor jenis air 1 kal/ gr oc. Berapakah suhu akhir air jika telah terjadi keseimbangan termal? 3. Berapakah kalor yang diperlukan untuk merubah 100 gram es yang suhunya 5 o C menjadi air yang suhunya 50 oc, jika diketahui kalor jenis es = 0,5 kal/ gr oc, kalor lebur es 80 kal/gram dan kalor jenis air = 1 kal/gr oc? 4. Sebatang logam panjangnya pada suhu 25 oc adalah 1 meter, bila dipanaskan hingga mencapai suhu 50 oc bertambah panjang 0,4 mm. Berapakah pertambahan panjang bila suhu dinaikan menjadi 100 oc? 5. Gelas kaca mempunyai volume 300 cm3 pada suhu 20 oc berisi penuh dengan air raksa. Berapakah cm3 air raksa akan tumpah apabila dipanaskan hingga 70 o C? Jika diketahui : α kaca = /oc dan γ = raksa = /oc?

25 Kunci Jawaban : A. Pilihan Ganda D. D B C E 6. C 7. C 8. E 9. D 10. A B. ESSAY 1. 47,9 oc oc kalori 4. 1,2 mm 5. 2,865 cm3 Kriteria penilaian : Pilihan Ganda = 15 x 4,0 = 60,0 Essay = 5 x 8,0 = 40,0 + J u m l a h = 100,0 11. B 12. A 13. E 14. D 15. C

26 BAB III EVALUASI A. PILIHAN GANDA 1. Angka skala thermometer Celsius dan Fahrenheit akan menunjukan angkayang sama pada skala. A. 400 C. 320 E. 450 B. 450 D Pada suhu berapakah skala Fahrenheit menunjukan dua kali skala Celsius. A. 400 C E B. 80 D Bila skla dalam Kelvin menunjukan angka293 K, maka angka ini akan sesuai dengan derajat Fahrenheit. A. 32 of C. 54 of E. 74 of B. 36 of D. 68 of 4. Sejumlah air yang dipanaskandari 273 K sampai 277 K pada tekanan tetap volumenya akan. A. Bertambah C. tetap E. semua jawaban salah B. Berkurang D. tergantung tekanan uapnya 5. Karena suhunya dinaikan dari 0 oc sanpai menjadi 100 oc suatu batang baja yang panjangnya 1 meter bertambah panjang 1 milimeter. Berapakah pertambahan panjang suatu batang baja yang panjangnya 60 cm, bila dipanaskan dari 0 oc menjadi 20 oc? A. 0,12 mm C. 0,60 mm E. 0,84 mm B. 0,24 mm D. 0,72 mm 6. Sebuah benda pada suhu 0 oc panjangnya 1 meter, jika koefisen muai panjangnya 0,0005 oc 4. Panjang benda pada suhu 30 oc adalah. A. 101,5 cm C. 108 cm E. 113,5 cm B. 105,3 cm D. 112,5 cm 7. Pelat besi luasnya 8 m2 pada suhu 30 oc kemudian suhunya dinaikan menjadi 100 oc. Jika koefisien muai panjang besi 1, C. Maka luas pelat tersebut pada suhu 100 oc adalah. A. 8,01232 m2 C. 80,01232 m2 E. 800,01232 m2 B. 8,1232 m2 D. 80,1232 m2 8. Sebuah keping logam dari besi mempunyai koefisien muai luas 2, /K. Maka koefisien muai ruangnya adalah. A. 3,2.10 5/K C. 3,6.10 5/K E. 3,9.10 5/K 5 5 B. 3,4.10 /K D. 3,8.10 /K 9. Sebuah silinder gelas yang volumenya 2 liter dan suhunya 0 oc dipanaskan hingga bersuhu 40 oc. Apabila koefisien muai panjang gelas /C, maka volume gelas menjadi. A. 20,0216 liter C. 200,216 cm3 E. 2002,16 dm

27 B. 20,0216 cm3 D. 2002,16 cm3 10. Berikut iniadalah penerapan konveksi dalam kehidupan sehari hari, kecuali. A. Pendingin ruangan D. Efek rumah kaca B. Cerobong asap E. Angin Darat C. Katub udara kompor B. ESSAY 1. Sebuah thermometer A, akan menunjukan skala 20 oa pada saat es sedang mencair dan 100 oa pada saat air sedang mendidih. Bila thermometer ini menunjukan angka 60 oa, maka angka yang ditunjukan oleh thermometer : a. Ceksius b. Fahrenheit c. Reamur Sebatang baja (angka muai linier = 10 5/oC) panjangnya 100 cm pada suhu 30 oc. Berapakah suhu panjang batang baja sekarang jika pertambahan panjangnya 0,1 cm? Hitunglah massa jenis perakpada suhu 50 o, kalau massa jenis perak pada suhu 0 oc = 10,5 gr/cm3, jika koefisien muai ruang perak (γ = 5, / oc)! Jarak sambungan antara dua buah rel kereta api yang terbuat dari besi adalah 1 cm pada suhu 25 oc. Bila tiap tiap rel panjangnya 50 m pada suhu berapakah sambunag rel tersebut akan berimpit jika diketahui koefisien muai panjang besi adalah / oc? Satu kilogram es suhunya 2 oc, bila dicampur dengan air 0,5 kg yang suhunya 30 oc, berapakah suhu akhir campuran yang diperoleh? (Jika Cair = 1 Kkal/kgoC dan Ces = 0,5 Kkal/kgoC) BAB IV PENUTUP Jika siswa dapat menguasai kompetensi ini dengan bobot 60%, maka siswa/ peserta diklat dapat melanjutkan ke kompetensi berikutnya.

28 DAFTAR PUSTAKA 1. Gunawan Setia dkk Fisika klas 1, Jakarta, Aries Lima Anggota IKAP 2. Kamajaya Suadharma L.1990, Penuntun Pelajaran Fisika, Bandung Ganeca Exact 3. Tim Cipta Eksakta. 2002, Sumber Soal Fisika, Bandung, Epsilon Grup Anggota IKAPI 4. Kanginan Marten. 2004, Fisika IA kelas X, Jakarta, Erlangga 5. Taranggono Agus. 2000, Fisika, Jakarta, Bumi Aksara 6. Kanginan Marten. 2004, Fisika SMA 1B, Jakarta, Erlangga 7. Tim Fisika SMK Teknik. 2005, Fisika SMK Teknik, Jakarta, PT. Galaksi Puspamega