Suhu dan Kalor / Fisika Kelas XI SMKN 3 Singaraja 1 BAB I PENDAHULUAN. A. Deskripsi

Transkripsi

1 BAB I PENDAHULUAN A. Deskripsi Modul siswa tentang Suhu dan Kalor ini terdiri atas 4 bagian proses pembelajaran yang meliputi 4 kompetensi dasar, yaitu: 1. Memahami konsep suhu dan kalor, yang terdiri dari satu kegiatan belajar, yaitu Kegiatan Belajar 1 yang membahas tentang pengertian suhu dan kalor, penentuan skala suhu dan termometer, jenis-jenis skala suhu, dan jenis-jenis termometer. Pembelajaran ini dialokasikan 4 jam pembelajaran. 2. Menguasai pengaruh kalor terhadap zat, yang terdiri dari satu kegiatan belajar, yaitu Kegiatan Belajar 2 yang membahas tentang persamaan kalor (kalor jenis, kapasitas kalor), asas Black, perubahan wujud zat dan contohnya dalam kehidupan sehari-hari, serta diagram perubahan wujud zat dihubungkan dengan suhu dan kalor, rumus pemuaian panjang, luas dan volum serta contohnya dalam kehidupan sehari-hari. Pembelajaran ini dialokasikan 6 jam pembelajaran. 3. Melakukan perhitungan yang berkaitan dengan suhu dan kalor, yang terdiri dari satu kegiatan belajar, yaitu Kegiatan Belajar 3 yang membahas tentang persamaan kalor dalam perhitungan, asas Black dalam perhitungan, perhitungan kalor dalam perubahan wujud zat melalui diagram, rumus pemuaian panjang, luas, dan volum. Pembelajaran ini dialokasikan 6 jam pembelajaran. 4. Mengenal cara perpindahan kalor, yang terdiri dari satu kegiatan belajar, yaitu Kegiatan Belajar 4 yang membahas tentang konduksi, konveksi, radiasi, konduktor dan isolator termal, kondensor dan radiator. Pembelajaran ini dialokasikan 4 jam pembelajaran. 5. Evaluasi untuk Menerapkan konsep suhu dan kalor dialokasikan 2 jam pembelajaran. Setelah mempelajari modul ini, kompetensi yang diharapkan adalah siswa dapat memahami dan menerapkan konsep-konsep yang berhubungan dengan suhu dan kalor dalam kehidupan seharihari maupun dalam memecahkan permasalahan-permasalahan perhitungan yang terkait. Pendekatan yang digunakan dalam menyelesaikan modul ini adalah pendekatan siswa aktif melalui metode: pemberian tugas, diskusi pemecahan masalah, serta presentasi. Guru merancang pembelajaran yang memberikan kesempatan seluas-luasnya pada siswa untuk berperan aktif dalam membangun konsep secara mandiri ataupun bersama-sama. B. Prasyarat Kemampuan awal yang diperlukan untuk mempelajari modul ini adalah siswa telah mempelajari dan menguasai tentang besaran, lambang, dan satuannya, konversi satuan, volume, luas. C. Petunjuk Penggunaan Modul 1. Penjelasan Bagi Siswa a. Bacalah modul ini secara berurutan dari Kata Pengantar sampai Cek Kemampuan, pahami benar isi dari setiap babnya. b. Setelah Anda mengisi Cek Kemampuan, apakah Anda termasuk kategori orang yang perlu mempelajari modul ini? Apabila Anda menjawab YA, maka pelajari modul ini! c. Laksanakan semua tugas yang ada dalam modul ini agar kompetensi Anda berkembang sesuai standar. Suhu dan Kalor / Fisika Kelas XI SMKN 3 Singaraja 1

2 d. Buatlah rencana belajar Anda dengan menggunakan format seperti yang ada dalam modul, konsultasikan dengan guru dan institusi pasangan penjamin mutu, hingga mendapat persetujuan. e. Lakukan kegiatan belajar untuk mendapatkan kompetensi sesuai rencana kegiatan belajar yang telah Anda susun dan disetujui oleh guru dan institusi pasangan penjamin mutu. f. Setiap mempelajari satu kompetensi dasar, Anda harus mulai dari menguasai pengetahuan pendukung (uraian materi), melaksanakan tugas-tugas, mengerjakan lembar latihan. g. Dalam mengerjakan lembar latihan, Anda jangan melihat kunci jawaban terlebih dahulu sebelum mengerjakan lembar latihan. h. Laksanakan Lembar Kerja untuk pembentukan psikomotorik skills, sampai Anda benarbenar terampil sesuai standar. Apabila Anda mengalami kesulitan dalam melaksanakan tugas ini, konsultasikan dengan guru Anda! 2. Peran Guru a. Membantu siswa dalam merencanakan proses belajar. b. Membimbing siswa melualui tugas-tugas pelatihan yang dijelaskan dalam tahap belajar c. Membantu siswa dalam memahami konsep dan praktik baru dan menjawab pertanyaan siswa mengenai proses belajar siswa. d. Membantu siswa dalam menentukan dan mengakses sumber tambahan lain yang diperlukan untuk belajar. e. Mengorganisasikan kegiatan belajar kelompok jika diperlukan f. Merencanakan seorang ahli/pendamping guru dari tempat kerja untuk membantu jika diperlukan g. Melaksanakan penilaian. h. Menjelaskan kepada siswa mengenai bagian yang perlu untuk dibenahi dan merundingkan rencana pembelajaran selanjutnya. i. Mencatat pencapaian kemajuan siswa. D. Tujuan Akhir Spesifikasi kinerja yang diharapkan dikuasai siswa setelah mengikuti seluruh kegiatan belajar adalah siswa dapat: 1. Menjelaskan pengertian suhu 2. Merumuskan pengertian kalor melalui percobaan 3. Membedakan pengertian titik tetap atas dan titik tetap bawah suatu termometer 4. Menentukan titik tetap atas dan titik tetap bawah suatu termometer melalui demonstrasi 5. Mengidentifikasi jenis-jenis skala suhu 6. Mengkonversi nilai suatu suhu ke dalam skala Celcius, Reamur, Fahrenheit, dan Kelvin 7. Membedakan jenis-jenis termometer 8. Mengidentifikasi hubungan antara kalor, massa, dan perubahan suhu untuk menemukan persamaan kalor 9. Merumuskan asas Black secara kualitatif dan kuantitatif 10. Mengidentifikasi peristiwa perubahan wujud zat melalui demonstrasi 11. Menjelaskan diagram perubahan wujud zat dalam hubungannya dengan suhu dan kalor 12. Membedakan muai panjang, muai luas, dan muai volum dari contoh-contoh dalam kehidupan sehari-hari 13. Merumuskan pemuaian panjang, luas dan volum secara kuantitatif Suhu dan Kalor / Fisika Kelas XI SMKN 3 Singaraja 2

3 14. Menghitung kalor dengan menggunakan persamaan kalor 15. Menghitung kalor yang dilepas atau diterima dengan menggunakan asas Black 16. Menghitung kalor yang diperlukan dalam perubahan wujud suatu zat 17. Menerapkan rumus pemuaian panjang, luas, dan volum dalam masalah fisika sehari-hari 18. Membedakan peristiwa perpindahan kalor secara konduksi, konveksi dan radiasi melalui contoh-contoh dalam kehidupan sehari-hari 19. Mengidentifikasi cara mengurangi perpindahan kalor 20. Mengemukakan alat-alat untuk mengurangi perpindahan kalor dalam kehidupan sehari-hari E. Standar Kompetensi : Menerapkan konsep suhu dan kalor Kompetensi Dasar 8.1 Memahami konsep suhu dan kalor 8.2 Menguasai pengaruh kalor terhadap zat. Indikator Menjelaskan pengertian suhu dan kalor Menentukan titik tetap atas dan titik tetap bawah suatu termometer Mengidentifikasi jenisjenis skala suhu Membedakan jenis-jenis termometer Mengidentifikasi persamaan kalor Memformulasikan asas Black secara kuantitatif Mengidentifikasi peristiwa perubahan wujud zat dari contoh dalam kehidupan sehari-hari Menganalisa perubahan wujud zat secara kuantitatif melalui diagram Merumuskan pemuaian panjang, luas dan volum secara kuantitatif Materi Belajar Pengertian suhu dan kalor Penentuan skala suhu dan termometer Jenis-jenis skala suhu Jenis-jenis termometer Persamaan kalor (kalor jenis, kapasitas kalor) Asas Black Perubahan wujud zat dan contohnya dalam kehidupan sehari-hari Diagram perubahan wujud zat dihubungkan dengan suhu dan kalor Rumus pemuaian panjang, luas dan volum serta contohnya dalam kehidupan sehari-hari Materi Pokok Pembelajaran Sikap Pengetahuan Keterampilan Menyimak informasi dengan baik Mengemukakan pendapat dengan baik Melakukan perhitungan dengan baik dalam menyelesaikan soal. Suhu dan Kalor / Fisika Kelas XI SMKN 3 Singaraja 3

4 8.3 Melakukan perhitungan yang berkaitan dengan suhu dan kalor 8.4 Mengenal cara perpindahan kalor Menerapkan persamaan kalor dalam perhitungan Menerapkan asas Black dalam perhitungan Menghitung kalor yang diperlukan dalam perubahan wujud suatu zat Menerapkan rumus pemuaian panjang, luas, dan volum dalam masalah fisika seharihari Membandingkan peristiwa perpindahan kalor secara konduksi, konveksi dan radiasi. Mengidentifikasi cara mengurangi perpindahan kalor Persamaan kalor dalam perhitungan Asas Black dalam perhitungan Perhitungan kalor dalam perubahan wujud zat melalui diagram Rumus pemuaian panjang, luas, dan volum Konduksi Konveksi Radiasi Konduktor dan isolator termal Kondensor dan radiator F. Cek Kemampuan No. Pertanyaan Ya Tidak 1. Dapatkah Anda menjelaskan pengertian suhu dan kalor? 2. Dapatkah Anda menentukan titik tetap atas dan titik tetap bawah suatu termometer? 3. Dapatkah Anda mengidentifikasi jenis-jenis skala suhu? 4. Dapatkah Anda membedakan jenis-jenis termometer? 5. Tahukah Anda mengenai persamaan kalor? 6. Tahukah Anda mengenai asas Black secara? 7. Dapatkah Anda mengidentifikasi peristiwa perubahan wujud zat dari contoh dalam kehidupan sehari-hari? 8. Dapatkah Anda menganalisa perubahan wujud zat secara kuantitatif melalui diagram? 9. Tahukah Anda mengenai pemuaian panjang, luas dan volum secara kuantitatif? 10. Dapatkah Anda menerapkan persamaan kalor dalam perhitungan? 11. Dapatkah Anda menerapkan asas Black dalam perhitungan? 12. Dapatkah Anda menghitung kalor yang diperlukan dalam perubahan wujud suatu zat? 13. Dapatkah Anda menerapkan rumus pemuaian panjang, luas, dan volum dalam masalah fisika sehari-hari? 14. Dapatkah Anda membandingkan peristiwa perpindahan kalor secara konduksi, konveksi dan radiasi? 15. Tahukah Anda cara-cara untuk mengurangi perpindahan kalor? Apabila Anda menjawab Tidak pada salah satu pertanyaan di atas, pelajarilah materi tersebut pada modul ini. Apabila Anda menjawab Ya pada semua pertanyaan, maka lanjutkanlah dengan mengerjakan tugas, tes formatif dan evaluasi yang ada pada modul! Suhu dan Kalor / Fisika Kelas XI SMKN 3 Singaraja 4

5 BAB II PEMBELAJARAN A. Rancangan Belajar Siswa Sebagaimana telah diinformasikan dalam pendahuluan bahwa modul ini hanya sebagai sumber dari belajar yang dapat Anda pelajari untuk menguasai Standar Kompetensi : Menerapkan konsep suhu dan kalor. Untuk mengembangkan kompetensi Anda dalam Substansi non-instruksional, Anda perlu latihan. Aktifitas-aktifitas yang dirancang dalam modul ini selain mengembangkan kompetensi Fisika, juga mengembangkan kompetensi Substansi non-instruksional. Untuk itu maka dalam menggunakan modul ini Anda harus melaksanakan tugas-tugas yang telah dirancang. 1. Buatlah rencana belajar Anda berdasarkan rancangan pembelajaran yang telah disusun oleh guru, untuk menguasai Standar Kompetensi : Menerapkan konsep suhu dan kalor, dengan menggunakan format sebagai berikut: No. Kegiatan Pencapaian Alasan perubahan bila Paraf Tgl Jam Tempat diperlukan Siswa Guru Mengetahui, Guru Pembimbing Singaraja,... Siswa, (...) (...) 2. Rumuskan hasil belajar Anda sesuai standar bukti belajar yang telah ditetapkan. a. Untuk penguasaan pengetahuan, Anda dapat membuat suatu ringkasan menurut pengertian Anda sendiri terhadap konsep-konsep yang berkaitan dengan standar kompetensi yang telah Anda pelajari. b. Tahapan pekerjaan dapat Anda tuliskan/gambarkan dalam diagram alir, yang telah dilengkapi dengan penjelasannya (siapa penanggung jawab setiap tahapan pekerjaan, siapa yang terlibat, kapan direncanakan, kapan direlisasikan, dan hasilnya apa). c. Produk hasil praktik kegiatan di produksi dapat Anda kumpulkan berupa contoh benda kerja atau dalam bentuk visualisasinya (gambar, foto, dan lain-lain) d. Setiap tahapan proses akan diakhiri, lakukanlah diskusi dengan guru pembimbing untuk mendapatkan persetujuan, dan apabila ada hal-hal yang harus dibetulkan/dilengkapi, maka Anda harus melaksanakan saran guru pembimbing Anda. Suhu dan Kalor / Fisika Kelas XI SMKN 3 Singaraja 5

6 B. Kegiatan Belajar 1. Kegiatan Belajar 1 : KONSEP SUHU DAN KALOR a. Tujuan Kegiatan Belajar 1 Setelah mempelajari uraian kegiatan belajar ini, Anda diharapkan: 1) Menjelaskan pengertian suhu 2) Merumuskan pengertian kalor melalui percobaan 3) Membedakan pengertian titik tetap atas dan titik tetap bawah suatu termometer 4) Menentukan titik tetap atas dan titik tetap bawah suatu termometer melalui demonstrasi 5) Mengidentifikasi jenis-jenis skala suhu 6) Mengkonversi nilai suatu suhu ke dalam skala Celcius, Reamur, Fahrenheit, dan Kelvin 7) Membedakan jenis-jenis termometer b. Uraian Materi Kegiatan Belajar 1 KONSEP SUHU DAN KALOR SUHU Suhu adalah derajat panas atau dinginnya suatu benda. Suhu dapat diukur dengan menggunakan alat yang disebut termometer. Sifat yang diukur untuk menyatakan suhu disebut sifat termometrik. Satuan suhu adalah derajat. Zat cair yang biasa digunakan untuk mengisi termometer adalah air raksa karena raksa memiliki beberapa kebaikan seperti: - segera dapat mengambil panas benda yang akan diukur sehingga suhu air raksa segera dapat sama dengan suhu benda yang diukur - dapat dipakai untuk mengukur suhu yang rendah sampai yang tinggi sebab air raksa memiliki titik beku pada 39 o C dan titik didihnya pada suhu 357 o C - tidak membasahi dinding tabung sehingga pengukurannya menjadi lebih teliti - pemuaian air raksa teratur, artinya linier terhadap kenaikan suhu kecuali pada suhu yang sangat tinggi - mudah dilihat karena air raksa mengkilap Alkohol dapat juga digunakan untuk mengisi tabung termometer karena alkohol dapat mengukur suhu yang lebih rendah lagi tetapi tidak dapat mengukur suhu yang tinggi sebab titik bekunya -144 o C dan titik didihnya 78 o C. Jadi termometer alkohol sangat baik untuk mengukur suhu-suhu yang rendah tetapi tidak dapat mengukur suhu-suhu yang tinggi. Air tidak digunakan untuk mengisi termometer karena jangkauan suhu air terbatas (0 o C 100 o C), tidak berwarna sehingga sulit dilihat, membasahi dinding tempatnya dan memerlukan waktu lama sehingga mengurangi ketelitian pembacaan skala. Untuk menyatakan suhu dengan bilangan diperlukan patokan suhu yang tetap yang dapat dibuat kembali dengan mudah dan teliti. Patokan suhu yang digunakan disebut titik tetap. Suhu dan Kalor / Fisika Kelas XI SMKN 3 Singaraja 6

7 Dari skala suhu yang ada sekarang telah ditetapkan: a. Termometer Skala Celcius Titik didih air 100 o C sedangkan titik bekunya 0 o C. Dari 0 o C sampai dengan 100 o C dibagi dalam 100 skala. b. Termometer Skala Kelvin Titik didih air 373 K sedangkan titik bekunya 273 K, juga dibagi dalam 100 skala. c. Termometer Skala Reamur Titik didih air 80 o R sedangkan titik bekunya 0 o R, dibagi dalam 80 skala. d. Termometer Skala Fahrenheit Titik didih airnya sebesar 212 o F sedangkan titik bekunya 32 o F, dibagi dalam 180 skala. Hubungan antara skala termometer yang satu dengan skala termometer yang lain adalah sebagai berikut: a. Hubungan antara skala Celcius dan Reamur t o C = 5/4 t o R t o R = 4/5 t o C b. Hubungan antara skala Celcius dan Fahrenheit t o C = 9/5 t o F + 32 t o F = 5/9 (t 32) o F c. Hubungan antara skala Celcius dan Kelvin t o C = t K 273 t K = t o C Termometer Termometer adalah alat yang dipakai untuk mengukur suhu dengan tepat dan menyatakannya dengan angka. Secara umm termometer terbuat dari pipa kaca yang diisi dengan zat cair. Prinsip dasar mengapa digunakannya zat cair sebagai pengisi termometer adalah karena zat cair mengalami perubahan volume seandainya suhu berubah. Beberapa jenis termometer dalam kehidupan sehari-hari antara lain: - Termometer klinis, digunakan untuk mengukur suhu badan manusia. Angka-angka pada termometer klinis didesain dari 35 o C sampai dengan 42 o C. - Termometer dinding, umumnya dipasang tegak di dinding dan digunakan untuk mengukur suhu ruangan. Skala termometer dinding didesain dari -50 o C sampai dengan 50 o C. - Termometer Maksimum dan Minimum Six Bellani, digunakan untuk mengukur suhu maksimum dan minimum di dalam rumah kaca yang dipakai untuk menanam tanaman sebagai bahan penelitian. Kalorimeter Dengan menerapkan hukum kekekalan energi dapat dilakukan pengukuran-pengukuran kalor atau kalorimetri. Kalorimeter adalah suatu alat yang dapat digunakan untuk menentukan besarnya kalor jenis dari suatu zat. Kalorimeter bekarja berdasarkan asas Black, yaitu besarnya kalor yang dilepaskan oleh sebuah benda yang suhunya lebih tinggi akan sama dengan kalor yang diterima oleh benda yang bersuhu lebih rendah. Suhu dan Kalor / Fisika Kelas XI SMKN 3 Singaraja 7

8 termometer pengaduk bejana kecil bejana besar tutup kayu gabus Gambar kalorimeter Kalorimeter dibuat dari bejana yang sudah diketahui kalor jenisnya (c k) misalnya tembaga atau aluminium. Bejana ini dimasukkan ke dalam bejana yang lebih besar kemudian ditutup dengan kayu. Pada tutup ini dilengkapi dengan dua buah lubang, yang satu untuk termometer dan yang satunya untuk pengaduk. Supaya tidak ada panas yang hilang, di antara bejana yang kecil dan yang besar diletakkan gabus. Langkah-langkah penggunaan kalorimeter yaitu: - Kalorimeter dan pengaduknya ditimbang (m k) - Kalorimeter diisi air lalu ditimbang lagi. Hasilnya dikurangi dengan m k, maka diperoleh massa air (m a). - Suhu kalorimeter berikut air dan pengaduknya diukur dengan termometer (t a = t k) - Bahan yang akan diukur kalor jenisnya ditimbang (m x) - Bahan dipanaskan kemudian diukur suhunya (t x) - Bahan yang sudah dipanaskan dimasukkan ke dalam kalorimeter dan diaduk perlahan kemudian diukur suhu campurannya (t cp) Dalam hal ini, yang melepaskan kalor adalah bahan yang akan dicari kalor jenisnya dan benda yang menerima kalor adalah air dan kalorimeter. Menurut hukum kekekalan energi: Q lepas = Q terima...(1) m x. c x. (t x t cp) = m k. c k. (t cp t k) + m a. c a. (t cp t a) Dengan memasukkan harga-harga dari hasil pengukuran di atas maka kalor jenis bahan (c x) dapat dihitung. c. Rangkuman Materi Kegiatan Belajar 1 Suhu adalah derajat panas atau dinginnya suatu benda. Satuan suhu adalah derajat. Jenis-jenis skala suhu antara lain skala Celcius, Reamur, Fahrenheit, dan Kelvin. Termometer adalah alat yang dipakai untuk mengukur suhu dengan tepat dan menyatakannya dengan angka. Kalorimeter adalah suatu alat yang dapat digunakan untuk menentukan besarnya kalor jenis dari suatu zat. d. Tugas Kegiatan Belajar 1 Diskusikan bersama kelompokmu permasalahan-permasalahan berikut ini! 1. Bandingkanlah sifat termometrik ketiga zat cair di bawah ini! Manakah yang paling baik digunakan sebagai cairan untuk mengisi termometer? a. Raksa b. Alkohol c. Air Suhu dan Kalor / Fisika Kelas XI SMKN 3 Singaraja 8

9 2. Lengkapi tabel di bawah ini! Skala Celcius Reamur Fahrenheit Kelvin termometer Titik tetap atas 100 o 373 Titik tetap bawah 0 o Panjang skala Suatu benda diukur dengan menggunakan termometer Celcius menunjukkan angka 50 o C. Sebuah termometer X memiliki titik tetap bawah 40 o X dan titik tetap atas 240 o X. Bila benda tersebut diukur dengan termometer X, berapa suhu yang ditunjukkan? 4. Berapakah suhu yang ditunjukkan jika benda pada soal no.3 diukur dengan menggunakan termometer: a. Reamur b. Fahrenheit c. Kelvin e. Tes Formatif 1 Jawablah pertanyaan-pertanyaan di bawah ini dengan baik dan benar! 1. Explain the definition of the following terms: a. Thermometric property b. Fixed point of thermometer c. Absolute zero temperature 2. An object has temperature of 25 o C. Express the temperature of the object in the Reamur, Fahrenheit, and Kelvin scales! 3. The following table shows the freezing and boiling points of the liquids which are used in thermometers. Liquid Freezing point ( o C) Boiling point ( o C) Ethanol Mercury Toluene a. Which liquid would not be suitable for measuring the boiling point of water? Explain! b. Why mercury can not be used in a thermometer to measure a temperature of - 60 o C? 4. An object has temperature of 362 o F. Express the temperature of the object in the Reamur, Celcius and Kelvin scales! f. Kunci Jawaban Tes Formatif Suhu dan Kalor / Fisika Kelas XI SMKN 3 Singaraja 9

10 g. Lembar Kerja Siswa 1 1) Lakukan kegiatan praktikum di bawah ini! PRAKTIKUM SUHU DAN KALOR Tujuan 1. Menemukan bahwa tangan/kulit tidak dapat digunakan untuk mengukur suhu secara akurat. 2. Menemukan bahwa kalor berpindah dari benda yang suhunya lebih tinggi ke benda yang suhunya lebih rendah ketika kedua benda bersentuhan. Alat dan Bahan Tiga buah ember/baskom yang masing-masing diisi air dingin, air hangat, dan air bersuhu sedang. Langkah kerja dan Pengamatan 1. Celupkan tangan kiri dalam baskom yang berisi air hangat. Catat apa yang kamu rasakan! 2. Celupkan tangan kanan dalam baskom yang berisi air dingin. Catat apa yang kamu rasakan! 3. Secara bersamaan angkat kedua tangan dari kedua baskom kemudian celupkan ke dalam baskom yang berisi air bersuhu sedang. Catat apa yang dirasakan oleh tangan kiri dan tangan kananmu! Pembahasan Lengkapilah tabel di bawah ini! Keadaan air Tangan kiri Tangan kanan Hangat... - Dingin -... Suhu sedang Bandingkan hasil yang kamu peroleh ketika tangan kiri dicelupkan ke dalam air hangat dengan keadaan ketika dicelupkan ke dalam air bersuhu sedang. Apakah hasilnya sama? Jelaskan! 2. Bandingkan hasil yang kamu peroleh ketika tangan kanan dicelupkan ke dalam air dingin dengan keadaan ketika dicelupkan ke dalam air bersuhu sedang. Apakah hasilnya sama? Jelaskan! 3. Dari hasil pengamatan di atas apakah tangan/kulit kita dapat dipakai untuk mengukur suhu? 4. Dari hasil pengamatan di atas bilamanakah akan terjadi perpindahan kalor? Kesimpulan:... Suhu dan Kalor / Fisika Kelas XI SMKN 3 Singaraja 10

11 2. Kegiatan Belajar 2 a. Tujuan Kegiatan Belajar 2 Setelah mempelajari uraian kegiatan belajar ini, Anda diharapkan: 1) Mengidentifikasi hubungan antara kalor, massa, dan perubahan suhu untuk menemukan persamaan kalor 2) Merumuskan asas Black secara kualitatif dan kuantitatif 3) Mengidentifikasi peristiwa perubahan wujud zat melalui demonstrasi 4) Menjelaskan diagram perubahan wujud zat dalam hubungannya dengan suhu dan kalor 5) Membedakan muai panjang, muai luas, dan muai volum dari contoh-contoh dalam kehidupan sehari-hari 6) Merumuskan pemuaian panjang, luas dan volum secara kuantitatif b. Uraian Materi Kegiatan Belajar 2 PENGARUH KALOR TERHADAP ZAT Persamaan Kalor Pada saat memanaskan air dengan menggunakan kompor misalnya, maka api dari kompor memberikan kalor kepada air. Beberapa saat kemudian, air akan menjadi hangat dan akhirnya menjadi panas. Itu berarti air mengalami kenaikan suhu. Dari kejadian ini dapat disimpulkan bahwa kalor yang diberikan pada suatu zat dapat menaikkan suhu zat tersebut. Jika air telah mencapai suhu 100 o C (titik didih air) dan terus dipanaskan maka lama kelamaan air jumlah air akan semakin berkurang karena telah berubah menjadi uap atau dengan kata lain, jika suhu suatu zat telah mencapai titik didih maka kalor yang diberikan digunakan untuk mengubah wujud. Semakin banyak jumlah air yang dipanaskan maka waktu yang diperlukan untuk memanaskan air semakin lama atau dengan kata lain kalor yang diperlukan semakin banyak. Dari uraian di atas dapat disimpulkan bahwa kalor yang diberikan sebanding dengan perubahan suhu suatu zat dan juga sebanding dengan massa zat. Secara matematis: Q m. t Untuk setiap zat, perbandingan antara besarnya kalor yang diperlukan dengan massa zat dan kenaikan suhu zat adalah konstan. Atau secara matematis: Q = c (konstan)...(2) m. t Besaran ini berbeda antara zat yang satu dengan zat yang lain dan dilambangkan dengan c dan disebut kalor jenis zat. Jadi kalor jenis adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 kg zat sebesar 1 o C. Dengan demikian satuan kalor jenis adalah J/kg o C. Persamaan dituliskan sebagai: Q = m. c. Δt...(3) Dimana: Q = banyaknya kalor (J) m = massa zat (kg) Suhu dan Kalor / Fisika Kelas XI SMKN 3 Singaraja 11

12 c = kalor jenis zat (J/kg o C) Δt = perubahan suhu zat ( o C) Besaran m. c pada persamaan kalor di atas disebut dengan kapasitas kalor (C). Secara Q matematis: C =...(4) t Jadi kapasitas kalor adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu suatu zat sebesar 1 o C dengan satuan J/ o C. Apabila suatu zat dicampur dengan zat lain yang suhunya berbeda, maka antara kedua zat itu akan terjadi pertukaran kalor hingga tercapainya keseimbangan termal dimana suhu kedua zat akan sama. Black menemukan bahwa pada proses pencampuran ini, besarnya kalor yang dilepaskan oleh zat yang suhu awalnya lebih tinggi akan sama dengan besarnya kalor yang diterima oleh zat yang suhu awalnya lebih rendah. Black kemudian merumuskan asasnya yang berbunyi: kalor yang dilepas sama dengan kalor yang diterima. Asas Black merupakan bentuk lain dari hukum kekekalan energi, yaitu banyaknya energi selalu tetap. Artinya, bila sebuah benda memberikan kalor kepada benda lain, maka kalor yang diterima sama dengan kalor yang diberikan. Secara matematis: Q lepas = Q terima...(5) m 1. c 1. Δt 1 = m 2. c 2. Δt 2 m 1. c 1. (t 1 t cp) = m 2. c 2. (t cp t 2) Dimana: m = massa zat (kg) c = kalor jenis zat (J/kg o C) t = suhu awal zat ( o C) t cp = suhu campuran/suhu akhir ( o C) Perubahan Wujud Zat Telah ditunjukkan sebelumnya bahwa kalor dapat mengubah wujud suatu zat. Tapi perubahan wujud ini tidak selalu memerlukan kalor dalam prosesnya namun ada juga perubahan wujud yang dalam prosesnya justru melepaskan kalor. Perubahan wujud zat dapat dibedakan menjadi perubahan fisika dan perubahan kimia. Perubahan fisika adalah perubahan wujud yang terjadi pada suatu zat dimana zat tersebut dapat dikembalikan lagi ke wujud semula atau dalam proses perubahan itu tidak dihasilkan zat baru. Misalnya lilin jika dibakar akan meleleh dan ketika didinginkan maka akan kembali menjadi padat. Perubahan kimia adalah perubahan wujud zat dimana zat tersebut tidak dapat kembali ke wujud semula atau pada proses perubahan itu dihasilkan zat baru. Misalnya kertas yang dibakar akan menjadi arang dan tidak dapat kembali lagi menjadi kertas. Dalam pokok bahasan ini akan dibahas mengenai perubahan fisika. Perubahan fisika meliputi melebur, membeku, mengembun, menguap, dan menyublim. Melebur adalah perubahan wujud zat dari padat menjadi cair sedangkan membeku adalah perubahan wujud zat dari cair menjadi padat. Ketika melebur terjadi penyerapan kalor sedangkan ketika membeku terjadi pelepasan kalor. Untuk melebur ataupun membeku, suatu zat harus mencapai suatu suhu tertentu yang disebut titik lebur atau titik beku. Kalor dalam joule yang diperlukan untuk meleburkan 1 kg zat padat menjadi 1 kg zat cair pada titik leburnya disebut kalor lebur. Sebaliknya, kalor yang dilepaskan pada waktu 1 kg zat cair membeku menjadi 1 kg zat padat pada titik bekunya disebut kalor beku. Untuk zat yang sama, titik lebur sama dengan titik bekunya dan kalor lebur sama dengan kalor bekunya. Secara matematis: Suhu dan Kalor / Fisika Kelas XI SMKN 3 Singaraja 12

13 L = m Q atau Q = m. L...(6) Dimana: Q = kalor (J) m = massa zat (kg) L = kalor lebur/kalor beku (J/kg) Menguap adalah perubahan wujud zat dari zat cair menjadi gas dan sebaliknya mengembun adalah perubahan wujud zat dari gas menjadi cair. Ketika menguap terjadi penyerapan kalor dan sebaliknya ketika mengembun terjadi pelepasan kalor. Zat cair dikatakan mendidih jika terjadi gelembung-gelembung uap di dalam seluruh zat cair dan dapat meninggalkan zat cair. Suhu zat ketika mendidih disebut titik didih. Banyaknya kalor dalam joule yang diperlukan untuk menguapkan 1 kg zat cair menjadi 1 kg gas pada titik didihnya disebut kalor uap. Sebaliknya banyaknya kalor yang dilepaskan 1 kg gas ketika berubah menjadi zat cair disebut kalor embun. Untuk zat yang sama, kalor uap sama dengan kalor embunnya. Secara matematis: U = m Q atau Q = m. U...(7) Dimana: Q = kalor (J) m = massa zat (kg) U = kalor uap/kalor embun (J/kg) Menyublim adalah perubahan wujud zat padat menjadi gas tanpa melalui fase cair atau sebaliknya dari gas menjadi padat. Ketika zat padat berubah menjadi gas terjadi penyerapan kalor dan ketika gas menjadi zat padat terjadi pelepasan kalor. Contoh zat yang dapat menyublim adalah kapur barus, yodium, dan naftalin. Berikut ini adalah diagram perubahan wujud zat. suhu (t) titik didih IV V titk lebur I II III A kalor (Q) Q 1 Q 2 Q 3 Q 4 Q 5 Keterangan: - Proses I Pada proses ini kalor yang diberikan pada zat yang bersuhu A digunakan untuk menaikkan suhu hingga mencapai titik lebur. Besarnya kalor yang diperlukan adalah Q 1 = m. c. Δt - Proses II Pada proses ini, setelah zat mencapai titik lebur, kalor yang diberikan digunakan untuk mengubah wujud zat yaitu melebur. Pada proses ini tidak ada perubahan suhu Suhu dan Kalor / Fisika Kelas XI SMKN 3 Singaraja 13

14 pada zat tersebut atau suhu zat adalah tetap. Besarnya kalor yang diperlukan adalah Q 2 = m.. L - Proses III Setelah seluruh zat habis dilebur, kalor yang diberikan kembali digunakan untuk menaikkan suhu zat hingga mencapai titik didih. Besarnya kalor yang diperlukan adalah Q 3 = m. c. Δt - Proses IV Pada proses ini, setelah zat mencapai titik didih, kalor yang diberikan digunakan untuk mengubah wujud zat yaitu mendidih. Pada proses ini tidak ada perubahan suhu pada zat tersebut atau suhu zat adalah tetap. Besarnya kalor yang diperlukan adalah Q 4 = m.. U - Proses V Setelah seluruh zat habis menjadi uap, kalor yang diberikan kembali digunakan untuk menaikkan suhu zat. Besarnya kalor yang diperlukan adalah Q 5 = m. c. Δt Jadi kalor total yang diperlukan pada peristiwa perubahan wujud zat di atas yaitu: Q total = Q 1 + Q 2 + Q 3 + Q 4 + Q 5 Pemuaian Jika suatu zat diberikan kalor maka zat itu akan memuai atau bertambah besarnya tergantung pada jenis bahan, ukuran benda mula-mula, dan besarnya perubahan suhu atau kalor yang diberikan. Pemuaian ada tiga macam yaitu muai panjang, muai luas, dan muai volume. Zat padat mengalami ketiga pemuaian tersebut sedangkan zat cair dan gas hanya mengalami muai volume saja. Muai panjang dialami oleh zat padat yang luas penampangnya sangat kecil bila dibandingkan dengan panjangnya. Perubahan panjang per satuan panjang tiap derajat perubahan suhu disebut koefisien muai panjang zat padat. Secara matematis: = L L t o. atau L =. L o. t...(8) Panjang akhir suatu benda yang mengalami muai panjang dirumuskan dengan: L t = L o + ΔL atau L t = L o (1 + α.δt) Dimana: α = koefisien muai panjang (/ o C) ΔL = perubahan panjang (m) L o = panjang mula-mula (m) L t = panjang akhir (m) Δt = perubahan suhu ( o C) Koefisien muai luas suatu zat adalah perubahan luas per satuan luas tiap derajat perubahan suhu. Secara matematis: A = atau A =. A o. t...(9) Ao. t Luas akhir suatu benda yang mengalami muai luas dirumuskan dengan: A t = A o + ΔA atau A t = A o (1 + β.δt) Dimana: β = koefisien muai luas (/ o C) = 2α ΔA = perubahan luas (m 2 ) A o = luas mula-mula (m 2 ) A t = luas akhir (m 2 ) Δt = perubahan suhu ( o C) Koefisien muai volume adalah perubahan volume per satuan volume tiap derajat perubahan suhu. Secara matematis: Suhu dan Kalor / Fisika Kelas XI SMKN 3 Singaraja 14

15 = V V t o. atau V =. V o. t...(10) Volume akhir suatu benda yang mengalami muai volume dirumuskan dengan: V t = V o + ΔV atau V t = V o (1 + γ.δt) Dimana: γ = koefisien muai volume (/ o C) = 3α ΔV = perubahan volume (m 3 ) V o = volume mula-mula (m 3 ) V t = volume akhir (m 3 ) Δt = perubahan suhu ( o C) c. Rangkuman Materi Kegiatan Belajar 2 Persamaan kalor menyatakan kesebandingan jumlah kalor yang diperlukan dengan massa dan kenaikan suhu zat sesuai dengan jenis zat. Kalor jenis adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 kg zat sebesar 1 o C. Kapasitas kalor adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu suatu zat sebesar 1 o C dengan satuan J/ o C. Asas Black menyatakan bahwa kalor yang dilepas sama dengan kalor yang diterima. Perubahan wujud zat dapat dibedakan menjadi perubahan fisika dan perubahan kimia. Perubahan fisika meliputi melebur, membeku, mengembun, menguap, dan menyublim. Pemuaian ada tiga macam yaitu muai panjang, muai luas, dan muai volume. d. Tugas Kegiatan Belajar 2 Persamaan Kalor Diskusikanlah permasalahan-permasalahan di bawah ini bersama kelompokmu! 1. Pada kegiatan demonstrasi telah diperoleh kesimpulan bahwa kalor yang diberikan dapat menaikkan suhu suatu zat. Bagaimana kenaikan suhu zat tersebut jika kalor yang diberikan diperbanyak? 2. Untuk memanaskan sejumlah air diperlukan kompor dengan nyala api sedang. Apa yang harus dilakukan jika jumlah air ditambah? 3. Apa yang dapat disimpulkan dari kasus pada no. 1 dan 2 di atas? 4. Jika jumlah kalor yang diperlukan dibandingkan dengan massa dan kenaikan suhu zat itu maka akan diperoleh suatu besaran yang bernilai konstan. Disebut apakah besaran ini? 5. Apa yang dimaksud dengan kalor jenis zat? 6. Tuliskan persamaan kalor dan satuannya! 7. Apa yang dimaksud dengan kapasitas kalor? 8. Tuliskan rumus kapasitas kalor dan satuannya! 9. Bagaimana bunyi asas Black? 10. Tuliskan persamaan asas Black beserta keterangannya! Suhu dan Kalor / Fisika Kelas XI SMKN 3 Singaraja 15

16 Perubahan Wujud Zat Diskusikanlah permasalahan-permasalahan di bawah ini bersama kelompokmu! 1. Klasifikasikanlah contoh-contoh perubahan wujud zat di bawah ini ke dalam perubahan fisika dan perubahan kimia! - Air mendidih - Lilin dibakar - Es dipanaskan - Kertas dibakar - Kayu dibakar 2. Apa yang dimaksud dengan perubahan fisika dan perubahan kimia? 3. Meliputi apa saja perubahan fisika itu? Jelaskan dan berikan contohnya! 4. Apa yang dimaksud dengan kalor lebur dan kalor uap? 5. Tuliskan persamaan kalor lebur dan kalor uap beserta satuannya! 6. Jelaskan masing-masing proses pada diagram perubahan wujud zat di bawah ini! suhu (t) titik didih IV V titk lebur I II III A kalor (Q) Q 1 Q 2 Q 3 Q 4 Q 5 7. Tuliskan persamaan kalor untuk masing-masing proses pada diagram perubahan wujud zat di atas! 8. Apa yang dimaksud dengan memuai? 9. Dibedakan menjadi apa sajakah pemuaian itu? Berikan masing-masing satu contohnya! 10. Tuliskan persamaan panjang, luas, dan volume suatu benda setelah mengalami pemuaian! e. Tes Formatif 2 Jawablah pertanyaan-pertanyaan di bawah ini dengan baik dan benar! 1. Ketika kita memanaskan sejumlah air maka... a. semakin banyak jumlah air yang dipanaskan, semakin sedikit kalor yang diperlukan b. semakin banyak jumlah air yang dipanaskan, semakin banyak jumlah kalor yang diperlukan c. waktu yang diperlukan untuk mendidih tidak tergantung pada besar-kecilnya nyala api kompor d. semakin besar nyala api kompor semakin sedikit peningkatan suhunya Suhu dan Kalor / Fisika Kelas XI SMKN 3 Singaraja 16

17 e. nyala api kompor tidak ada hubungannya dengan peningkatan suhu 2. If a certain substance has high spesific heat, then the substance is... a. slow to boil b. quick to boil c. slow to melt d. quick to rise its temperature e. slow to rise its temperature 3. Banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 kg zat sebesar 1 o C disebut dengan... a. kalor jenis zat b. kapasitas kalor c. persamaan kalor d. melebur e. menyublim 4. Satuan kapasitas kalor adalah... a. joule b. kelvin c. J/ o C d. J/kg o C e. kg/ o C 5. Asas Black menyatakan bahwa... a. kalor dapat mengubah wujud zat b. kalor adalah energi yang berpindah c. kalor berpindah dari suhu tinggi ke suhu rendah d. kalor yang diterima suatu benda sama besarnya dengan kalor yang dilepas e. kalor yang diterima suatu benda akan dilepas sama besar ke lingkungan 6. Pernyataan yang benar tentang perubahan wujud zat di bawah ini adalah... a. perubahan wujud zat dibedakan menjadi perubahan fisika dan perubahan kimia b. perubahan fisika dapat menghasilkan zat baru c. perubahan kimia tidak dapat menghasilkan zat baru d. dalam perubahan fisika kalor selalu dilepas e. dalam perubahan fisika kalor selalu diterima 7. Yang termasuk perubahan kimia yaitu... a. es mencair b. lilin meleleh c. air menguap d. kertas dibakar e. air membeku 8. Peristiwa di bawah ini yang tidak mengalami perubahan suhu yaitu... a. air dipanaskan, es mencair b. es dipanaskan, air menguap c. es mencair, air menguap d. air dipanaskan, es dipanaskan e. air dibekukan, uap didinginkan 9. Di bawah ini yang merupakan aplikasi yang berkaitan dengan muai luas yaitu... a. udara dalam ban kendaraan tidak diisi terlalu penuh b. kabel listrik di jalan dipasang kendor c. tepi jendela kaca dibuat longgar d. rel kereta api dibuat putus-putus Suhu dan Kalor / Fisika Kelas XI SMKN 3 Singaraja 17

18 e. ujung jembatan yang terbuat dari baja diberi jarak 10. Di bawah ini, yang hanya mengalami muai volume yaitu... a. bensin b. baja c. besi d. kaca e. aluminium f. Kunci Jawaban Tes Formatif g. Lembar Kerja Siswa 2 Lakukan pengamatan terhadap kegiatan di bawah ini! DEMONSTRASI KALOR DAN WUJUD ZAT Tujuan 1. Menemukan bahwa kalor dapat menaikkan suhu zat. 2. Menemukan bahwa kalor dapat mengubah wujud zat. Alat dan Bahan pembakar bunsen, kaki tiga, gelas kimia, termometer, spiritus, kertas lakmus, air, es batu, dan korek api. Langkah kerja dan Pengamatan 1. Air dimasukkan ke dalam gelas kimia dan diukur suhu awalnya. 2. Gelas kimia yang berisi air dipanaskan dengan pembakar bunsen dan termometer dipasang di atasnya. Suhu air dicatat setiap 2 menit selama 6 menit. 3. Sebongkah es dimasukkan ke dalam gelas kimia kemudian dipanaskan dengan menggunakan pembakar bunsen. Perubahan yang terjadi diamati secara seksama. Pembahasan dan Kesimpulan 1. Lengkapi tabel di bawah ini! Air Suhu awal Suhu pada menit ke Bagaimanakah suhu awal air jika dibandingkan dengan suhu air ketika dipanasi pada tiap-tiap menit? 3. Apa yang dapat kamu simpulkan dari hasil pengamatan ini? Suhu dan Kalor / Fisika Kelas XI SMKN 3 Singaraja 18

19 4. Apa yang terjadi ketika es dipanaskan? 5. Apa yang dapat kamu simpulkan dari hasil pengamatan ini? 3. Kegiatan Belajar 3 a. Tujuan Kegiatan Belajar 3 Setelah mempelajari uraian kegiatan belajar ini, Anda diharapkan: 1) Menghitung kalor dengan menggunakan persamaan kalor 2) Menghitung kalor yang dilepas atau diterima dengan menggunakan asas Black 3) Menghitung kalor yang diperlukan dalam perubahan wujud suatu zat 4) Menerapkan rumus pemuaian panjang, luas, dan volum dalam masalah fisika seharihari b. Uraian Materi Kegiatan Belajar 3 PERHITUNGAN SUHU DAN KALOR Persamaan Kalor 1. Suatu benda menyerap energi sebesar 10 4 J sehingga suhu benda itu naik 25 o C. Berapakah kalor jenis benda jika massanya 5 kg? Penyelesaian: Dik: Q = 10 4 J Δt = 25 o C m = 5 kg Dit: c =...? Jawab: c = Q m. = 10 4 = 80 J/kg o C 5.25 t 2. Hitunglah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 2 kg air dari 10 o C menjadi 60 o C (kalor jenis air = 4200 J/kg o C)! Penyelesaian: Dik: m = 2 kg Δt = (60 10) o C = 50 o C c = 4200 J/kg o C Dit: Q =...? Jawab: Q = m. c. Δt = = J = 420 kj 3. Hitunglah banyaknya kalor yang dilepaskan jika 5 kg air didinginkan dari suhu 10 o C menjadi 0 o C! Penyelesaian: Dik: Dit: Q =...? Jawab: m = 5 kg Δt = (0 10) o C = -10 o C c = 4200 J/kg o C Suhu dan Kalor / Fisika Kelas XI SMKN 3 Singaraja 19

20 Q = m. c. Δt = (-10) = J = 210 kj 4. Suatu zat massanya 200 gram memiliki kapasitas panas J/ o C. Kemudian zat dipanaskan sehingga suhunya naik dari 50 o C menjadi 100 o C. Berapa kalor yang diserap benda dan kalor jenis benda itu? Penyelesaian: Dik: m = 200 g = 0,2 kg C = J/ o C Δt = (100 50) o C = 50 o C Dit: Q =...? c =...? Jawab: Q = C. Δt = = J 4 C 3.10 C = m. c c = = = J/kg o C m 0, 2 Asas Black 1. Dalam kalorimeter yang kapasitas kalornya 1000 J/ o C dimasukkan 100 gram air (c air = 4200 J/kg o C). Pada mulanya suhu air dalam kalorimeter 30 o C. Selanjutnya ke dalam kalorimeter dimasukkan 100 gram tembaga yang kalor jenisnya 390 J/kg o C dan bersuhu 80 o C. Berapa suhu akhir campuran itu? Penyelesaian: Dik: C k = 1000 J/ o C m a = 100 g = 0,1 kg c air = 4200 J/kg o C t k = t a = 30 o C m t = 100 g = 0,1 kg c t = 390 J/kg o C t t = 80 o C Dit: t cp =...? Jawab: Q lepas = Q terima m t. c t. (t t t cp) = m k. c k. (t cp t k) + m a. c a. (t cp t a) 0, (80 t cp) = (t cp 30) + 0, (t cp 30) t cp = 1000 t cp t cp = 1000 t cp t cp + 39 t cp t cp = t cp = = 31,34o C Sebuah botol yang kapasitas kalornya diabaikan berisi 150 gram air bersuhu 278 K. Ke dalam botol itu dimasukkan 800 gram logam yang suhunya 353 K. Setelah seimbang suhu akhir campuran itu 300 K. Berapakah kalor jenis logam itu jika kalor jenis air diketahui 4, J/kgK? Penyelesaian: Dik: m a = 150 g = 0,15 kg t a = 278 K m l = 800 g = 0,8 kg t l = 353 K t cp = 300 K c air = 4, J/kgK Suhu dan Kalor / Fisika Kelas XI SMKN 3 Singaraja 20

21 Dit: c l =...? Jawab: Q lepas = Q terima m l. c l. (t l t cp) = m a. c a. (t cp t a) 0,8. c l. ( ) = 0,15. 4, ( ) 42,4 c l = c l = = 325,33 J/kgK 42,4 Perubahan Wujud Zat 1. Jika kalor lebur es adalah berapakah kalor yang dperlukan untuk melebur 500 gram es pada suhu 0 o C agar menjadi seluruhnya menjadi air pada suhu yang sama? Penyelesaian: Dik: m = 500 g L es = 80 kal/g Dit: Q =...? Jawab: Q = m. L es = = kal 2. Berapa jumlah kalor yang diperlukan untuk mengubah 300 gram es pada suhu -5 o C agar menjadi uap pada suhu 100 o C? Penyelesaian: t ( o C) Dik: m = 300 gram c es = 0,5 kal/g t es = -5 o C L es = 80 kal/g c air = 1kal/g o C 100 U = 540 kal/g t uap = 100 o C 0 Dit: Q total =...? Jawab: -5 Q total = Q 1 + Q 2 + Q 3 + Q 4 Q 1 = m. c es. Δt = ,5. (0 (-5)) = = 750 kal Q 2 = m. L es = = kal Q 3 = m. c air. Δt = (100 0) = kal Q 4 = m. U = = kal Q total = = kal Pemuaian 1. Batang baja pada suhu 273 K panjangnya 100 cm. Jika koefisien muai panjang baja 1, /K, berapa panjang baja pada suhu 378 K? Penyelesaian: Dik: t 1 = 273 K L o = 100 cm α = 1, /K t 2 = 378 K Dit: L t =...? Jawab: L t = L o (1 + α.δt) Q 1 Q 2 Q 3 Q 4 Q (joule) Suhu dan Kalor / Fisika Kelas XI SMKN 3 Singaraja 21

22 L t = 100 (1 + 1, ) = 100 (1 + 1, ) = 100 (1 + 0, ) = 100,1155 cm 2. Pelat besi luasnya 8 m 2 dan suhunya 30 o C, kemudian dinaikkan suhunya menjadi 100 o C. Hitunglah luas pelat tersebut pada suhu 100 o C jika koefisien muai panjang besi 1, /K! Penyelesaian: Dik: A o = 8 m 2 t 1 = 30 o C t 2 = 100 o C α = 1, /K Dit: A t =...? Jawab: A t = A o (1 + β.δt) A t = 8 ( , ) = 8 (1 + 0,00154) = 8. 1,00154 = 8,01232 m 2 3. Sebuah gelas pyrex yang mempunyai volum 300 cm 3 pada suhu 20 o C berisi penuh dengan air. Koefisien muai panjang pyrex adalah 0,000003/ o C dan koefisien muai volum air 0,00021/ o C. Berapa cm 3 air akan tumpah apabila seluruhnya dipanasi sampai 70 o C? Penyelesaian: Dik: V o gelas = V o air = 300 cm 3 t 1 = 20 o C α = 0,000003/ o C γ = 0,00021/ o C t 2 = 70 o C Dit: Volum air yang tumpah =...? Jawab: V t air = V o (1 + γ.δt) = 300 (1 + 0, ) = ,0105 = 303,15 cm 3 V t gelas = V o (1 + γ.δt) = 300 ( , ) = ,00045 = 300,135 cm 3 Volum air yang tumpah = V t air V t gelas = 303,15 300,135 = 3,015 cm 3 c. Rangkuman Materi Kegiatan Belajar 3 Persamaan kalor menyatakan Q = m. c. t, dimana Q = kalor (J), m = massa (kg), c = kalor jenis (J/kg o C), t = perubahan suhu ( o C). Asas Black secara matematis dirumuskan dengan: Q lepas = Q terima Dalam perubahan wujud zat dikenal adanya kalor laten yaitu kalor laten lebur atau L f (sama dengan kalor laten beku) dan kalor laten uap L v (sama dengan kalor laten embun). Dalam peristiwa pemuaian berlaku: L t = L o (1 + α.δt) untuk muai panjang, A t = A o (1 + β.δt) untuk muai luas, dan V t = V o (1 + γ.δt) untuk muai volume. Suhu dan Kalor / Fisika Kelas XI SMKN 3 Singaraja 22

23 d. Tugas Kegiatan Belajar 3 Jawablah soal-soal di bawah ini dengan baik dan benar! Persamaan Kalor dan Asas Black 1. Berapa kalor jenis suatu zat, jika suatu benda mempunyai massa 100 gram mengalami kenaikan suhu sebesar 8 o C ketika diberi kalor sebesar 400 kalori? 2. Berapa joule kalor yang diperlukan untuk memanaskan 500 gram tembaga dari 25 o C menjadi 75 o C jika kalor jenis tembaga 0,09 kal/ g o C? 3. A 500 gram body absorbs heat 400 calorie so that its temperature increases 4 o C. Determine the spesific heat of that body! 4. Berapa banyaknya kalor yang dilepaskan untuk mendinginkan 10 kg air dari 20 o C menjadi 10 o C jika kalor jenis air 1 kal/g o C? 5. Sebuah benda heterogen mempunyai kapasitas kalor 2000 J/K mengalami kenaikan suhu sebesar 20 K, berapa jumlah kalor yang diterima benda tersebut? 6. Suatu bejana gelas massanya 300 gram berisi air panas yang massanya 540 gram pada suhu 90 o C. Kemudian ke dalam bejana ini dituangkan 600 gram air dingin yang suhunya 30 o C. Jika diketahui kalor jenis gelas 0,20 kal/ g o C, berapakah suhu akhir campuran itu? 7. Batang timah 400 gram dipanaskan sampai suhu 100 o C, kemudian dimasukkan ke dalam bejana gelas yang massanya 100 gram dan berisi air sebanyak 200 gram pada suhu 20 o C. Kalor jenis gelas 0,20 kal/ g o C, berapakah kalor jenis timah jika suhu akhir campuran itu 24,2 o C? Perubahan Wujud Zat dan Pemuaian 1. Berapa kalor yang diperlukan untuk mengubah 1 kg es pada suhu 0 o C agar seluruhnya habis menjadi air jika kalor lebur es = 3, J/kg? 2. Berapa kalor yang diperlukan untuk mengubah 1 kg air pada suhu 100 o C agar seluruhnya habis menjadi uap jika kalor uap air = 2, J/kg? 3. Calculate the amount of heat required to melt 100 grams ice 15 o C into water 30 o C, if c water = 4200 J/kgK, c ice = 2100 J/kgK, and L f ice = J/kg! 4. Berapa joule kalor diperlukan untuk melebur 1 kg timah hitam yang suhunya 27 o C jika titik leburnya 327 o C, kalor leburnya 2, J/kg dan kalor jenisnya 1, J/kgK? 5. Untuk mengubah 5 gram air dari 25 o C menjadi uap air 150 o C diperlukan kalor kalori. Kalor jenis uap air panas 0,5 kal/g o C. Berapakah kalor uap air pada suhu 100 o C? 6. Suatu batang logam yang terbuat dari aluminium panjangnya 2 m pada suhu 30 o C. Bila koefisien muai panjang aluminium / o C, berapakah panjang batang aluminium tersebut bila suhunya dinaikkan menjadi 50 o C? 7. Plat besi luasnya 4 m 2 pada suhu 20 o C. Berapakah luasnya bila suhunya dinaikkan menjadi 100 o C dan koefisien muai panjang besi / o C? 8. Sebuah kelereng yang terbuat dari kaca dengan koefisien muai panjang / o C. 4 Diameter kelereng tersebut 2 cm pada suhu 0 o 3 C. Jika volum kelereng = R, 3 berapakah volum kelereng tersebut jika dipanaskan hingga mencapai suhu 100 o C? 9. Pada sebuah gelas kaca yang volumnya 500 ml penuh berisi alkohol pada suhu 10 o C. Apabila α kaca = / o C, γ alkohol = / o C dan gelas tersebut dipanaskan sehingga suhu gelas dan alkohol mencapai 50 o C, berapa banyakkah alkohol akan tumpah? Suhu dan Kalor / Fisika Kelas XI SMKN 3 Singaraja 23

24 e. Tes Formatif 3 Jawablah soal-soal di bawah ini dengan baik dan benar! 1. Sebuah pemanas listrik menghasilkan kalor 2000 J untuk 1,2 kg air tiap sekon. Jika suhu air naik sebesar 50 K selama 2,5 menit, hitunglah kapasitas kalor pemanas tersebut! (c air = 4200 J/kgK) 2. Calculate the heat required to increase the temperature of -10 o C ice into 45 o C if m ice = m m water = 200 grams, L f ice = 80 cal/g, c ice = 0,5 cal/g o C and c water = 1 cal/g o C! 3. Grafik di bawah ini menunjukkan hubungan antara kenaikan suhu dan kalor yang diserap oleh 50 gram es. Kalor jenis es 0,5 kal/g o C dan kalor lebur es 80 kal/g. Tentukan nilai Q 2 dalam grafik! 100 t ( o C) 0 es 1000 Q 2 Q (kal) gram es (-5 o C) dicampur dengan 200 gram air (30 o C) pada tekanan 1 atm. Jika c es = 0,5 kal/g o C dan L f es = 80 kal/g, serta hanya terjadi pertukaran kalor antara es dan air, tentukan keadaan akhir campuran! 5. A 100 gram piece of metal (97 o C) is immersed into 250 grams water (25 o C) so that the final temperature of water changes into 29,5 o C, calculate the spesific heat of metal! 6. A railway track made of 100 m steel (α = 1,1 x 10-5 / o C), calculate its length increment at temperature -15 o C and at temperature 50 o C! f. Kunci Jawaban Tes Formatif g. Lembar Kerja Siswa 3 Diskusikanlah permasalahan-permasalahan di bawah ini bersama kelompokmu! 1. Jelaskan mengapa kawat telepon dan kabel udara dibiarkan kendor pada musim panas! 2. Jelaskan mengapa gelas kaca yang tebal akan retak jika dituangi air mendidih! 3. Berikan 3 (tiga) contoh pemanfaatan pemuaian zat dan berikan penjelasannya! Suhu dan Kalor / Fisika Kelas XI SMKN 3 Singaraja 24

25 4. Kegiatan Belajar 4 a. Tujuan Kegiatan Belajar 4 Setelah mempelajari uraian kegiatan belajar ini, Anda diharapkan: 1) Membedakan peristiwa perpindahan kalor secara konduksi, konveksi dan radiasi melalui contoh-contoh dalam kehidupan sehari-hari 2) Mengidentifikasi cara mengurangi perpindahan kalor 3) Mengemukakan alat-alat untuk mengurangi perpindahan kalor dalam kehidupan sehari-hari b. Uraian Materi Kegiatan Belajar 4 PERPINDAHAN KALOR Kalor adalah energi yang diterima oleh sebuah benda sehingga suhu benda tersebut naik atau melakukan perubahan wujud. Satuan kalor adalah kalori atau disingkat kal. Satu kalori adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk memanaskan 1 gram air sehingga suhunya naik 1 0 C. James Prescott Joule, seorang ahli fisika dari Inggris, mempelajari hubungan antara timbul dan hilangnya kalor terhadap perubahan energi mekanik. Melalui percobaan yang dilakukan berulang kali akhirnya diperoleh hubungan sebagai berikut: 1 kal = 4,2 joule 1 kkal = joule 1 joule = 0,24 kal Perpindahan kalor dari suatu benda terjadi jika ada perubahan atau perbedaan suhu, sedangkan jika suhunya sama akan terjadi keseimbangan yang berarti tidak ada perpindahan kalor atau energi. Perpindahan kalor dapat dikelompokkan dalam tiga bagian yaitu perpindahan kalor secara : Konduksi (hantaran) Konduksi adalah proses transformasi panas di dalam zat perantara dimana energi panas berpindah dari molekul yang satu ke molekul yang ada di dekatnya hanya dengan jalan getaran termal berkala, tanpa ada pemindahan massa zat perantara sama sekali. Contoh konduksi terjadi pada besi yang salah satu ujungnya dipanaskan. Untuk mencegah konduksi pada barang-barang rumah tangga yang terbuat dari logam yaitu dengan menambahkan bahan isolator seperti plastik pada pegangan sendok, panci, dan lain-lain. Konveksi (aliran) Konveksi adalah proses pemindahan panas dari suatu tempat ke tempat lain melalui perpindahan massa zat cair atau gas yang dipanasi dari tempat satu ke tempat yang lain. Hanya terjadi pada zat cair dan gas. Contoh penerapan konveksi antara lain cerobong asap, pengisian gas freon, obat nyamuk, minyak wangi, dan lain-lain. Untuk mencegah terjadinya konveksi terutama pada bangunan biasanya dipasang plafon di bagian bawah atap bangunan. Radiasi (pancaran) Radiasi adalah transformasi energi panas lantaran gelombang elektromagnetik, tidak ada zat perantara yang memegang peranan dalam proses pemindahan ini. Suhu dan Kalor / Fisika Kelas XI SMKN 3 Singaraja 25