BAB II KAJIAN PUSTAKA. 2.1 Model POE (Prediction, Observation and Explanation)

Transkripsi

1 BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Model POE (Prediction, Observation and Explanation) Pengertian dan Karakteristik Model POE Saat ini banyak dikembangkan model pembelajaran, salah satu model yang dapat digunakan dalam kegiatan pembelajaran adalah model POE (prediction, observation, and explanation). Model yang diperkenalkan oleh White dan Gunston ini menurut Chandra, dkk (2014) adalah model pembelajaran yang dimulai yang dimulai dengan menghadapkan siswa pada permasalahan, selanjutnya siswa meramalkan solusi dari permasalahan (predict), kemudian melakukan pengamatan untuk membuktikan ramalan (observe), dan menjelaskan hasil pengamatannya (explain). Menurut Suparno (2013) pembelajaran dengan model POE mengggunakan tiga langkah utama dari metode ilmiah yaitu (1) prediction atau membuat prediksi, membuat dugaan terhadap suatu peristiwa fisika; (2) observation, yaitu melakukan penelitian, pengamatan apa yang terjadi. Pertanyaan pokok dalam observasi adalah prediksi memang terjadi atau tidak; (3) explanation yaitu memberikan penjelasan. Penjelasan terutama tentang kesesuaian antara dugaan dengan yang sesungguhnya terjadi. Dari pendapat Suparno di atas, terlihat jelas bahwa POE adalah sebuah model pembelajaran yang memerlukan keterampilan siswa untuk melaksanakan tiga tugas memprediksi, mengamati dan menjelaskan. 8

2 9 Amal, dkk (2013) mendefinisikan model POE sebagai model pembelajaran yang membelajarkan siswa dengan membuat prediksi atas suatu kejadian berdasarkan konsepsi mereka sendiri, kemudian mengobservasi kejadian tersebut secara nyata, dan yang terakhir menjelaskan ketidaksesuaian prediksi mereka dengan keadaan yang sebenarnya. Sementara itu, Surahmadi (2012) berpendapat bahwa model POE dapat melatih siswa untuk aktif terlebih dahulu mencari pengetahuan sesuai dengan cara berpikirnya dengan menggunakan sumber-sumber yang dapat memudahkan dalam pemecahan masalah. Indrawati dan Setiawan (2009) mengemukakan bahwa model POE merupakan pembelajaran dimana guru menggali pemahaman peserta didik dengan meminta peserta didik melaksanakan tiga tugas utama yaitu prediksi, observasi, dan memberikan penjelasan. Anisa, dkk (2013) juga menyatakan bahwa dengan model pembelajaran POE siswa diarahkan dan diajak menemukan sendiri konsep pengetahuan dari pengamatan melalui metode demonstrasi maupun eksperimen. Model POE ini juga membantu siswa mengatasi salah pengertian. Melalui model POE ini juga dapat menumbuhkan sikap ilmiah siswa karena mereka akan menjadi lebih kritis dan menjadi ingin tahu apa yang sebenarnya terjadi sehingga dapat membuktikan sendiri keadaan yang sebenarnya. bahwa: Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, Budiati (2012) menyimpulkan Sintaks model pembelajaran POE yang melibakan tahap prediction, observation and explanation dan prosedur metode eksperimen yang dilaksanakan selama proses

3 10 pembelajaran berlangsung mampu mengakomodasi siswa dalam memperoleh keterampilan proses sains baik dalam aspek kognitif, afektif maupun psikomotor. Dari beberapa pendapat mengenai model POE diatas, dapat disimpulkan bahwa model pembelajaran POE merupakan model yang cocok dengan metode eksperimen atau demonstrasi yang memungkinkan pengamatan secara langsung, memungkinkan siswa aktif dan terlibat dalam kegiatan pembelajaran, serta membantu siswa untuk menemukan sendiri konsep pengetahuan sehingga pembelajaran lebih bermakna bagi siswa. Model pembelajaran POE dimulai dengan penyajian persoalan fisika dimana peserta didik diajak untuk menduga kemungkinan yang terjadi, dilanjutkan dengan mengobservasi dengan melakukan pengamatan langsung terhadap persoalan fisika dan kemuadian dibuktikan dengan melakukan percobaan untuk dapat menemukan kebenaran dari dugaan awal dalam bentuk penjelasan mengapa hal itu bisa terjadi. Dengan cara demikian konsep yang diperoleh siswa akan melekat dalam ingatannya Langkah-langkah Model Pembelajaran POE Suparno (2013) mengemukakan langkah-langkah model POE dalam pembelajaran fisika sebagai berikut: 1 Guru mengajukan persoalan fisika. 2 Siswa membuat prediksi tentang persoalan itu. Setelah suatu persoalan fisika disajikan, maka siswa diminta untuk membuat dugaan apa yang terjadi. Dalam membuat dugaan, siswa sekaligus sudah memikirkan alasan mengapa ia membuat dugaan seperti itu. Dalam proses ini, siswa diberi kebebasan seluas-luasnya menyusun dugaan dengan alasannya. 3 Siswa membuat observasi dari persoalan lewat percobaan, pengamatan, dll Dugaan dengan alasan yang mendasari dugaan itu harus dipraktikkan, dilihat dalam kenyataan. Dengan kata lain siswa diajak untuk melakukan percobaan, apakah prediksi mereka benar atau tidak. 4 Siswa menarik kesimpulan dari observasi, dan mencocokkan dengan prediksi, apakah tepat atau tidak.

4 11 Dapat terjadi bahwa dugaan siswa ternyata terjadi dalam eksperimennya. Bila ini terjadi, maka siswa akan semakin yakin dengan konsepnya. Siswa tinggal merangkum yang ditemukannya dan menguraikan dengan lebih lengkap. Namun bila dugaan tidak benar dan tidak tepat, siswa dibantu untuk mencari penjelasan mengapa prediksinya tidak tepat dan meluruskan prediksi yang tidak tepat itu agar konsep yang diperoleh menjadi benar. 5 Siswa memberikan keterangan mengapa demikian Liew (2004) mengemukakan bahwa aktivitas guru dan siswa dalam pembelajaran POE dapat dijelaskan seperti tabel dibawah ini: Langkah Pembelajaran Tahap 1 Meramalkan (Predict) Tahap 2 Mengamati (Observe) Tahap 3 Menjelaskan (Explanasi) Tabel 2.1Aktivitas Guru dan Siswa dalam Model POE Aktivitas Guru Aktivitas Siswa Memberikan apersepsi terkait materi yang akan dibahas. Sebagai fasilitator dan mediator apabila siswa mengalami kesulitan dalam melakukan pembuktian Memfasilitasi jalannya diskusi apabila siswa mengalami kesulitan Memberikan prediksi berdasarkan permasalahan yang diambil dari pengalaman siswa, atau buku panduan yang memuat suatu fenomena terkait materi yang akan dibahas Mengobservasi dengan melakukan eksperimen atau demonstrasi berdasarkan permasalahan yang dikaji dan mencatat hasil pengamatan untuk direfleksikan satu sama lain Mendiskusikan fenomena yang telah diamati secara kelompok, serta membandingkan hasil observasi dengan prediksi sebelumnya bersama kelompok masing-masing. Mempresentasikan hasil observasi dikelas, sehingga diperoleh kesimpulan dari permasalahan yang sedang dibahas Sumber: Liew (2004) Kelebihan dan kelemahan model POE Sama seperti model-model pembelajaran yang lain, model pembelajaran POE juga memiliki kelebihan dan kekurangan. Yupani, dkk (2013) mengemukakan kelebihan dan kelemahan model POE adalah sebagai berikut:

5 12 a) Kelebihan model pembelajaran POE 1. Merangsang peserta didik untuk lebih kreatif khususnya dalam mengajukan prediksi 2. Dengan melakukan eksperimen untuk menguji prediksinya dapat mengurangi verbalisme 3. Proses pembelajaran menjadi lebih menarik, sebab peserta didik tidak hanya mendengarkan tetapi juga mengamati peristiwa yang terjadi melalui eksperimen 4. Dengan cara mengamati secara langsung peserta didik akan memiliki kesempatan untuk membandingkan antara dugaan dengan kenyataan. Dengan demikian peserta didik akan lebih menyakini kebenaran materi pembelajaran. b) Kekurangan model pembelajaran POE 1. Memerlukan persiapan yang lebih matang, terutama berkaitan penyajian persoalan fisika dan kegiatan eksperimen yang akan dilakukan untuk membuktikan prediksi yang di ajukan peserta didik 2. Untuk kegiatan eksperimen, memerlukan peralatan, bahan-bahan dan tempat yang memadai 3. Untuk melakukan eksperimen, memerlukan kemampuan dan keterampilan yang khusus bagi guru, sehingga guru di tuntut untuk bekerja lebih professional 4. Memerlukan kemampuan dan motivasi guru yang bagus untuk keberhasilan proses pembelajaran peserta didik

6 Keterampilan Proses Sains (KPS) Pengertian Keterampilan Proses Sains Keterampilan proses sains merupakan keterampilan yang perlu dikembangkan dalam pembelajaran sains pada siswa. Ada beberapa alasan yang mendasari perlunya pengembangan keterampilan proses sains menurut Zulaeha, dkk (2014) yaitu: a. Sains terdiri dari tiga aspek yaitu produk, proses dan sikap. Dengan mengembangkan KPS siswa akan memahami bagaimana terbentuknya hukum, teori dan rumus yang sudah ada sebelumnya. b. Sains berubah seiring dengan perkembangan jaman. Oleh karena itu guru tidak mungkin lagi mengajarkan semua konsep dan fakta pada siswa dari sekian mata pelajaran. c. Siswa akan lebih memahami konsep-konsep yang rumit dan abstrak jika disertai contoh-contoh yang konkrit. d. Siswa akan memiliki pemahaman yang mendalam terhadap materi pelajaran dan mendorong siswa lebih aktif dalam pembelajaran. Berdasarkan keempat alasan diatas perlu dicari cara belajar mengajar yang sebaik-baiknya. Kemampuan siswa dalam menemukan konsep perlu dibekali dengan kegiatan pembelajaran yang berorientasi proses (student centered), dalam hal ini guru dapat mengembangkan keterampilan proses sains dalam pembelajaran sains. Semiawan (1992) mendefinisikan bahwa keterampilan proses adalah keterampilan fisik dan mental terkait dengan kemampuan-kemampuan mendasar yang dimiliki, dikuasai dan diaplikasikan dalam suatu kegiatan ilmiah, sehingga para ilmuan berhasil menemukan sesuatu yang baru. Dengan mengembangkan keterampilan-

7 14 keterampilan memproseskan perolehan, anak akan mampu menemukan dan mengembangkan sendiri fakta dan konsep. Bundu (2006), mengemukakan bahwa keterampilan proses sains (science process skill) adalah sejumlah keterampilan untuk mengkaji fenomena alam dengan cara-cara tertentu untuk memperoleh ilmu dan pengembangan ilmu itu selanjutnya. Berdasarkan beberapa definisi di atas, dapat disimpulkan bahwa keterampilan proses sains dalam pembelajaran merupakan kemampuan atau kecakapan fisik dan mental yang harus dimiliki siswa untuk melaksanakan suatu tindakan dalam belajar sains sehingga menghasilkan konsep, teori, prinsip, hukum maupun fakta. Semiawan (1992), mengatakan bahwa keterampilan fisik dan mental itu pada dasarnya dimiliki oleh siswa meskipun dalam wujud potensi atau kemampuan yang belum terbentuk secara jelas, kemampuan yang masih sederhana. Dengan kenyataan demikian guru seharusnya dapat menumbuhkan potensi dan mengembangkan kemampuan-kemampuan tersebut dalam diri siswa. Keterampilan proses perlu dikembangkan melalui pengalaman-pengalaman langsung sebagai pengalaman pembelajaran. Melalui pengalaman langsung seseorang dapat lebih menghayati proses atau kegiatan yang sedang dilakukan Jenis-jenis Keterampilan Proses Sains Mengingat sains pada hakikatnya bukan saja selain produk, tetapi juga proses, maka mengembangkan KPS dalam diri siswa sangat penting. Semiawan (1992) menjelaskan keterampilan proses sains yang dapat dikembangkan dalam pembelajaran sains yaitu:

8 15 1) Mengobservasi Mengobservasi tidak sama dengan melihat, dalam mengobservasi kita memilahmilah mana yang penting dari yang kurang atau tidak penting. Kita menggunakan semua indra, untuk melihat, mendengar, merasa, mengecap, dan mencium. Didalam observasi tercakup berbagai kegiatan seperti menghitung, mengukur, klasifikasi, ataupun mencari hubungan ruang dan waktu. 2) Membuat Hipotesis Dalam kegiatan ilmiah, membuat hipotesis merupakan salah satu keterampilan yang mendasar. Hipotesis dapat diartikan sebagai suatu perkiraan yang beralasan untuk menerangkan suatu kejadian atau pengamatan tertentu. Penyusunan hipotesis merupakan salah satu kunci agar siswa dapat menemukan hal yang baru. 3) Merencanakan Penelitian/Eksperimen Eksperimen adalah suatu usaha untuk menguji penyelidikan praktis. Para guru perlu melatih siswa untuk mengadakan eksperimen, meskipun hanya dengan eksperimen yang sederhana. Dalam melakukan eksperimen, guru perlu melatih siswa dalam merencankan kegiatan eksperimen yang akan dilakukan karena bila tidak direncanakan dengan baik dikhawatirkan akan terjadi pemborosan waktu, biaya, tenaga, dan bahkan mungkin hasilnya tidak akan sesuai dengan yang diharapkan. 4) Mengendalikan Variabel Variabel adalah faktor yang berpengaruh dalam penyelidikan ilmiah. Pengendalian variabel sering dianggap sulit, tetapi sebenarnya semua bergantung pada bagaimana guru menggunakan kesempatan yang tersedia untuk melatih anak mengontrol dan memperlakukan variabel.

9 16 5) Menginterpretasi Data Kemampuan menginterpretasi data merupakan keterampilan menyajikan data yang didapat melalui observasi, perhitungan, pengukuran, eksperimen, atau penelitian sederhana ke dalam bentuk catatan, atau bentuk lain seperti grafik, tabel, atau diagram. 6) Kesimpulan Sementara (Inferensi) Kemampuan membuat kesimpulan sementara dapat dilatihkan dalam proses eksperimen. Jika siswa telah mengumpulkan data dalam sebuah eksperimen, maka siswa dapat membuat kesimpulan sementara berdasarkan informasi yang dimiliki sampai suatu waktu tertentu. Kesimpulan tersebut bukan merupakan kesimpulan akhir, tetapi hanya merupakan kesimpulan sementara yang dapat diterima sampai pada saat itu. 7) Meramalkan Keterampilan meramalkan adalah suatu keterampilan membuat perkiraan tentang suatu hal yang belum terjadi berdasarkan suatu kecendrungan gejala tertentu. Guru dapat melatih siswa dalam meramalkan berdasarkan pengetahuan, pengalaman, atau data yang dikumpulkan. 8) Menerapkan (Aplikasi) Keterampilan menerapkan atau mengaplikasikan konsep merupakan keterampilan menggunakan konsep yang telah dimiliki untuk memecahkan masalah tertentu atau peristiwa baru atau juga menerapkan rumus pada soal-soal baru. 9) Komunikasi

10 17 Keterampilan komunikasi merupakan keterampilan mengkomunikasikan hasil penemuan, hasil pengamatan, hasil percobaan, atau hasil prediksi baik secara lisan maupun tulisan dalam bentuk laporan, grafik, tabel, dan lain sebagainya. Selain kesembilan keterampilan proses sains diatas Kemdikbud (2014) membedakan keterampilan proses sains menjadi dua kelompok yaitu keterampilan proses dasar (basic skill) dan keterampilan proses terintegrasi (integrated skills). Keterampilan proses dasar terdiri atas mengamati, menggolongkan atau mengklasifikasi, mengukur, mengkomunikasikan, menginterpretasi data, memprediksi, menggunakan alat, melakukan percobaan, dan menyimpulkan. Sedangkan jenis-jenis keterampilan terintegrasi meliputi merumuskan masalah, mengidentifikasi variabel, mendeskripsikan hubungan antarvariabel, mengendalikan variabel, mendefinisikan variabel secara operasional, memperoleh dan menyajikan data, menganalisis data, merumuskan hipotesis, merancang penelitian, dan melakukan penyelidikan/percobaan. Dengan pola yang hampir sama, Bundu (2006) mengemukakan keterampilan proses sains dibagi atas dua kelompok. Pertama, keterampilan dasar yang meliputi; (a) observasi, (b) klasifikasi, (c) komunikasi, (d) pengukuran, (e) prediksi, dan (f) penarikan kesimpulan. Kedua, keterampilan terintegrasi yang meliputi; (a) mengidentifikasi variabel, (b) menyusun tabel data, (c) menyusun grafik, (d) menggambarkan hubungan antar variabel, (e) memperoleh dan memproses data, (f) menganalisis investigasi, (g) menyusun hipotesis, (h) merumuskan variabel secara operasional, (i) merancang investigasi, dan (j) melakukan eksperimen.

11 18 Sedangkan Rezba, et.al (2007) mengemukakan ada enam keterampilan proses dasar sains dalam kegiatan pembelajaran, yaitu observing (mengamati), predicting (meramalkan), classifying (mengelompokkan), measuring (mengukur), inferring (menyimpulkan), dan comunicating (mengkomunikasikan). Masih banyak lagi pengelompokan keterampilan proses sains yang harus dikuasai tetapi pada prinsipnya hampir tidak berbeda pendapat antara satu ahli dengan ahli yang lain. Perbedaan hanya ada pada segi jumlah, dan hal itu pun hanya karena ada yang mengelompokkan lebih dari satu keterampilan proses sains pada kategori tertentu. Secara keseluruhan, dapat disimpulkan bahwa dalam pembelajaran sains harus terdapat aktivitas mengamati, memprediksi, melakukan percobaan, menganalisis data, menyimpulkan, dan mengkomunikasikan hasil kegiatan yang telah dilaksanakan. Siswa menggunakan alat indera untuk mengamati objek atau kejadian dan mencari pola-pola tertentu. Mereka membuat prediksi atau meramalkan kemungkinan-kemungkinan yang akan terjadi sebelum mereka meneliti yang sesungguhnya. Membuktikan hasil prediksi mereka dengan melakukan percobaan, dan menganalisis data hasil percobaan. Mereka menyimpulkan penjelasan yang diperoleh melalui hasil percobaan dan dapat merubah prediksi berdasarkan informasi baru yang tersedia, serta mengkomunikasikan kesimpulan yang diperoleh baik secara lisan maupun tertulis.

12 Penilaian Keterampilan Proses Sains Menurut Bundu (2006), bentuk penilaian yang digunakan untuk mengukur keterampilan proses sains yang digunakan dapat bervariasi bergantung pada jenis keterampilan proses apa yang akan direkam datanya. Sedangkan dalam perakitan instrumen juga berpedoman pada kriteria instrumen yang baik yakni validitas, reliabilitas, dan kepraktisan instrumen. Winkel dalam Bundu (2006) mengemukakan ada empat metode yang dapat digunakan dalam penilaian proses sains yaitu (a) membuat daftar pertanyaan bisa berbentuk pilihan ganda atau skala penilaian, (b) observasi, menggunakan alat yang disesuaikan dengan apa yang akan diobservasi, (c) wawancara, menyangkut pengalaman siswa dalam proses belajar mengajar, dan (d) laporan tertulis, dibuat oleh siswa pada akhir suatu program pengajaran. Sedangkan langkah-langkah yang harus diperhatikan dalam penyusunan penilaian keterampilan proses sains antara lain: 1. Menentukan jenis keterampilan proses yang akan dinilai 2. Menentukan indikator-indikator jenis keterampilan proses yang akan dinilai 3. Menentukan dan mengembangkan instrumen penilaian yang akan digunakan 4. Validasi instrumen (validasi ahli atau uji coba di lapangan) Harlen dalam Bundu (2006), mengelompokkan kategori keterampilan proses yang selanjutnya disusun dan dikembangkan indikator keterampilan proses sains yang terbagi atas tingkatan awal dan tingkatan lanjut untuk memudahkan melakukan penilaian seperti yang disajikan pada tabel dibawah ini.

13 20 Keterampilan Proses Mengamati (Observing) Menyusun Hipotesis (Hypothesising) Merencanakan / Meramalkan (Planning & Predicting) Menafsirkan (Interpreting) Komunikasi (Communicating) Tabel 2.2 Keterampilan proses pada tingkat awal dan tingkat lanjut Indikator Tingkat Awal Tingkat Lanjut Mengunakan lebih dari satu Menggunakan beberapa alat indra alat indra Mengidentifikasi kesamaan dan Mengidentifikasi data dan perbedaan kejadian yang nyata Mengurutkan secara teratur suatu objek ataun peristiwa Menggunakan alat ukur untuk pengamatan lebih rinci/khusus Mmelakukan pengukuran dengan alat ukur yang sesuai Menyusun alasan untuk Menyarankan satu penjelasan secara menjelaskan sesuatu konsisten sesuai data dan alasan berdasarkan pengalaman yang kuat sebelumnya Menyarankan satu penjelasan secara secara konsisten sesuai metode ilmiah Menyadari bahwa mungkin ada lebih dari satu penjelasan terhadap satu kejadian atau fenomena Menyadari bahwa setiap penjelasan tersebut sifatnya tentatif Mengajukan pertanyaan dan Menggunakan pengetahuan awal perkiraan apa yang akan untuk membuat prediksi untuk diuji terjadi Menentukan variabel berfungsi Menyusun cara/metode independent dan berfungsi kontrol sederhana untuk menjawab Menentukan variabel yang akan atau menguji apa yang diukur atau dibandingkan diperkirakan terjadi Mengidentifikasi ketepatan alat ukur yang digunakan Menggabungkan pengamatan berbeda Menggabungkan beberapa informasi Membandingkan apa yang ditemukan dengan apa yang diprediksi Menjelaskan dasar utama apa yang telah dilakukan/diamati dan ditemukan Menggunakan model, gambar dan grafik dari informasi yang ditemukan Menggabungkan berbagai informasi, mengidentifikasi hubungan antara satu variabel dengan variabel lain Meyakinkan diri bahwa setiap pola hubungan sesuai semua dengan data Menunjukkan alasan yang dijadikan dasar kesimpulan secara umum Mengemukakan, menulis, ide-ide dasar hasil temuan/pengamatan Menggunakan grafik, tabel, dan simbol tertentu untuk menyajikan informasi Memilih alat komunikasi yang sesuai agar temuannya dapat dimengerti oleh orang lain Memilih informasi yang relevan dari data sekumder seperti buku, film, database Sumber: Herlen dalam Bundu (2006)

14 Materi Pembelajaran Suhu dan Pemuaian A. Suhu Menurut Sears dan Zemansky (2002) konsep suhu (temperature) berakar ide kualitatif panas dan dingin yang berdasarkan pada panca indera. Suatu benda yang terasa panas umumnya memiliki suhu yang lebih tinggi daripada benda serupa yang dingin. Hal ini tidak cukup, karena indera dapat dikelabui. Untuk menjelaskan hal tersebut digunakan besaran yang menyatakan derajat panas atau dinginnya sebuah benda secara eksak yang disebut suhu. Alat yang digunakan untuk mengukur suhu adalah termometer. Suhu dapat dinyatakan berdasarkan skala Celcius, Reamur, Fahrenheit, dan skala Kelvin. Gambar 2.1. Perbandingan skala berbagai termometer Sumber: Perbandingan skala dari berbagai termometer adalah sebagai berikut: C : R : (F 32) : (K 273) 100 : 80 : 180 : : 4 : 9 : 5

15 22 Dari perbandingan skala satuan suhu tersebut kita dapat mengonversi antarsatuan dalam suhu sebagai berikut: 1. Konversi dari skala Celsius ke Reamur dan (2.1) 2. Konversi dari skala Celsius ke Fahrenheit dan sebaliknya ( ) ( ) dan (2.2) 3. Konversi dari skala Celsius ke Kelvin dan sebaliknya dan (2.3) Keterangan : skala Celcius skala Reamur skala Fahrenheit Selain hubungan pada persamaan diatas, dapat pula ditentukan hubungan suhu skala Celsius dengan panjang kolom raksa pada termometer sembarang. Hubungan itu dapat dinayatakan dengan persamaan berikut: (2.4) Keterangan: suhu sembarang panjang kolom raksa pada suhu sembarang panjang kolom raksa pada titik lebur es (0 o C)

16 23 panjang kolom raksa pada titik didih air (100 o C) B. Pemuaian Pemuaian adalah perubahan fisik suatu zat karena kenaikan suhu akibat pemberian kalor. Akibat pemuaian terjadi penambahan ukuran suatu zat baik bertambah panjang, luas, maupun volume. Pemuaian terjadi pada 3 zat yaitu pada zat padat, zat cair dan zat gas. 1. Pemuaian Zat Padat Zat padat yang dipanaskan akan mengalami pemuaian panjang, pemuaian luas dan pemuaian volume. a. Pemuaian panjang Supiyanto (2007) mengemukakan bahwa jika suatu benda berbentuk batang yang panjangnya L 0, dipanaskan sehingga suhunya berubah sebesar T, maka benda tersebut akan memuai seperti pada gambar: L 0 T Gambar 2.2. Pemuaian Panjang Muai panjang didefinisikan sebagai pertambahan panjang benda yang panjangnya satu satuan panjang (m) dengan kenaikan suhu satu satuan suhu.

17 24 Koefisien muai panjang (α) suatu bahan adalah perbandingan antara pertambahan panjang ( L) terhadap panjang awal benda (L 0 ) per satuan kenaikan suhu ( T). Secara matematis dapat dinyatakan dengan persamaan : (2.5) Maka, L = α L 0 T (2.6) dengan L = L L 0 (2.7) T = T T 0 (2.8) Sedangkan panjang akhir setelah pemuaian dapat dirumuskan sebagai berikut : L = L 0 + L L = L 0 + α L 0 T L = L 0 ( 1 + α T ) (2.9) Keterangan: α = koefisien muai panjang ( 0 C -1 atau K -1 ) L = pertambahan panjang (m) L 0 = panjang mula-mula (m) L = panjang akhir (m) T = kenaikan suhu ( 0 C atau K) T 0 = suhu awal benda ( 0 C atau K) T = suhu akhir benda ( 0 C atau K)

18 25 Koefisien muai berbagai zat pada suhu kamar, ditunjukkan pada tabel berikut ini: Tabel 2.3. Koefisien muai panjang Zat Koefisien muai panjang (C 0 ) -1 Aluminium 24 x 10-6 Kuningan dan Perunggu 19 x 10-6 Tembaga 17 x 10-6 Kaca (biasa) 9 x 10-6 Kaca (pyrex) 3,2 x 10-6 Timah hitam 29 x 10-6 Baja 11 x 10-6 Invar 0,9 x 10-6 Sumber : Marthen Kanginan (2013) b. Pemuaian Luas Jika suatu benda berbentuk bujur sangkar tipis dengan sisi L 0 dipanaskan sehingga suhunya berubah sebesar T maka bujur sangkar akan memuai pada kedua sisinya seperti gambar zat padat dipanaskan : L L 0 L 0 L Gambar 2.3. Pemuaian luas Koefisien muai luas (β) suatu bahan adalah perbandingan antara pertambahan luas benda ( A) terhadap luas awal benda (A 0 ) per satuan kenaikan suhu ( T). Secara matematis, β dinyatakan sebagai: (2.10)

19 26 A = β A 0 T (2.11) karena A = A A 0 sehingga, A = β A 0 T A A 0 = β A 0 T A = A 0 (1+ β T) (2.12) Keterangan: β = 2α, Koefisien muai luas ( 0 C -1 atau K -1 ) A = Pertambahan luas (m 2 ) A 0 = Luas mula-mula (m 2 ) A = Luas akhir (m 2 ) T = Kenaikan suhu ( 0 C atau K) c. Pemuaian volume Bila benda padat berbentuk balok dipanaskan, akan terjadi pemuaian dalam arah memanjang, melebar, dan meninggi. Dengan kata lain, benda padat mengalami pemuaian volume. Pemuaian volum berbagai zat bergantung pada koefisien muai volume. V 0 Gambar 2.4. Pemuaian volume V

20 27 Koefisien muai volume (γ) suatu bahan adalah perbandingan pertambahan volum terhadap volum awal benda (V 0 ) per satuan kenaikan suhu ( T), secara matematis, γ dinyatakan sebagai: (2.13) (2.14) Karena V = V V 0, sehingga V = γ V 0 T V V 0 = γ V 0 T V = V 0 (1 + γ T) (2.15) Keterangan: = 3α, Koefisien muai volum ( 0 C -1 atau K -1 ) V = Pertambahan volum V 0 = Volum mula-mula (m 3 ) V = Volum akhir (m 3 ) T = Kenaikan suhu ( 0 C atau K) 2. Pemuaian Zat Cair Selain terjadi pada benda padat, pemuaian volume juga terjadi pada benda cair dan gas. Contoh sederhana pemuaian volume pada benda atau zat cair adalah ketika air dipanaskan hingga mendidih, ketika mendidih air akan memuai sehingga mampu mengangkat tutup panci. Secara umum volume zat cair akan bertambah jika dipanaskan.

21 28 3. Pemuaian Gas Selain zat cair, gas juga mengalami pemuaian volume. Contoh sederhana mengenai pemuaian gas adalah meletusnya ban sepeda saat ditempatkan dibawah terik matahari dalam jangka waktu tertentu. ini terjadi karena volume gas didalam ban akan mengembang atau memuai akibat terkena panas matahari. Ada tiga faktor yang yang mempengaruhi pemuaian gas yaitu tekanan, suhu, dan volume. Ada 3 Hukum yang terkain dengan Pemuaian Gas, yaitu : 1. Hukum Boyle Menyatakan bahwa tekanan suatu gas pada suhu konstan berbanding terbalik dengan volumenya atau hasil kali dengan tekanan dan volume gas pada suhu konstan adalah konstan. Secara matematis dapat dirumuskan : P 1 V 1 = P 2 V 2 (2.16) 2. Hukum Gay Lussac Menyatakan bahwa tekanan mutlak suatu gas pada volume konstan berbanding lurus dengan suhu mutlak gas tersebut. Secara matematis dapat dirumuskan : (2.17) 3. Hukum Charles Menyatakan bahwa volume gas pada tekanan konstan berbanding lurus dengan suhu mutlak gas tersebut. Secara matematis dapat dirumuskan : (2.18)

22 29 Dari ketiga persamaan diatas, dapat dikombinasikan dalam satu persamaan menjadi : (2.19) C.4.2 Kalor dan Perubahan Wujud Menurut Ishaq (2007) kalor dapat didefinisikan sebagai suatu bentuk energi yang berpindah dari satu zat ke zat lain akibat perbedaan temperatur. Jika suhu adalah ukuran derajat panas maka kalor adalah ukuran banyaknya panas. Kalor berpindah dari benda yang suhunya lebih tinggi ke benda yang suhunya lebih rendah ketika dua benda bersentuhan. Satuan kalor sama dengan satuan energi yaitu joule, namun adakalanya digunakan satuan kalori, dimana: 1 kalori = 4,186 joule dan 1 joule = 0,24 kalori. a) Kalor Jenis (c) Kalor jenis suatu benda didefinisikan sebagai jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 kg suatu zat sebesar 1 K. Semakin besar kalor jenis suatu benda, semakin besar pula kemampuan untuk menyerap kalor pada perubahan suhu yang sama. Menurut definisi, kalor jenis (c) dapat dinyatakan dalam persamaan sebagai berikut: (2.20) Dengan : c = kalor jenis benda (J/kg K) Q = energi kalor (J)

23 30 m = massa benda (kg) ΔT = perubahan suhu (K) Selain faktor m dan ΔT, kalor Q juga bergantung pada jenis zat. Jika variabel yang bergantung pada jenis zat kita sebut kalor jenis zat (c), maka Kalor dapat dirumuskan sebagai: Q = m c ΔT (2.21) b) Kapasitas Kalor (C) Tabel 2.4. kalor jenis berbagai zat Nama Zat Kalor jenis (c) J/kg 0 C Kal/g 0 C Aluminium 900 0,215 Kadmium 230 0,055 Tembaga 387 0,092 Emas 129 0,030 Besi 448 0,107 Timah 128 0,030 Silikon 703 0,168 Perak 234 0,056 Kuningan 380 0,092 Gelas 837 0,200 Es (-5 0 C) ,50 Kayu ,41 Alkohol ,58 Raksa 140 0,033 Air (15 0 C) ,00 Uap (100 0 C) ,48 Sumber: Supiyanto (2007) Dalam Kanginan (2013) kapasitas kalor dapat diartikan sebagai banyaknya energi yang harus diberikan dalam bentuk kalor untuk menaikkan suhu sutu benda sebesar satu derajat. Dari definisi ini dapat dirumuskan kapasitas kalor sebagai berikut:

24 31 C = (2.22) karena sehingga diperoleh bahwa: Q = m c mc = (2.23) C = m c (2.24) c) Perubahan Wujud Perubahan wujud zat adalah perubahan termodinamika dari satu fase benda ke keadaan wujud zat yang lain. Diagram perubahan wujud zat dapat dilihat pada gambar berikut: Gambar 2.5. Diagram perubahan wujud Sumber: Dari gambar diatas, dapat lihat bahwa ada 6 jenis perubahan wujud. a. Membeku, peristiwa perubahan wujud dari cair menjadi padat. Dalam peristiwa ini zat melepaskan energi panas. b. Mencair, peristiwa perubahan wujud zat dari padat menjadi padat. Dalam peristiwa ini zat memerlukan energi panas.

25 32 c. Menguap, peristiwa perubahan wujud dari cair menjadi gas. Dalam peristiwa ini zat memerlukan energi panas. d. Mengembun, peristiwa perubahan wujud dari gas menjadi cair. Dalam peristiwa ini zat melepaskan energi panas. e. Menyublim, peristiwa perubahan wujud dari padat menjadi gas. Dalam peristiwa ini zat memerlukan energi panas. f. Mengkristal, peristiwa perubahan wujud dari gas menjadi padat. Dalam peristiwa ini zat melepaskan energi panas. Ketika suatu zat berubah menjadi wujud lain, diperlukan sejumlah kalor. Kalor yang diperlukan atau dilepaskan per satuan massa pada saat terjadi perubahan wujud disebut kalor laten. Berdasarkan definisi tersebut, kalor laten dapat dicari dengan persamaan : atau Q = m.l (2.25) Keterangan: L = kalor laten (J/kg) Q = kalor yang diserap atau dilepas (J) m = massa benda (kg) Ada dua jenis kalor laten, yaitu kalor laten lebur dan kalor laten didih. Kalor laten lebur digunakan untuk mengubah zat padat menjadi cair. Kalor laten didih digunakan untuk mengubah zat cair menjadi gas. Berikut ini merupakan persamaan yang menyatakan kalor laten lebur dan kalor laten didih; L f = atau Q = m.l f (2.26) Keterangan: L f = kalor lebur (J/kg)

26 33 m = massa zat Q = kalor (Joule) L v = atau Q = m.l v (2.27) Keterangan: L v = kalor didih (J/kg) m = massa zat Q = kalor (Joule) C.4.3 Perpindahan Kalor Kalor berpindah dari benda yang yang suhunya tinggi ke benda yang suhunya rendah ketika dua benda bersentuhan. Ada tiga cara perpindahan kalor yaitu konduksi, konveksi, dan radiasi. 1. Perpindahan Kalor Secara Konduksi Perpindahan kalor secara konduksi adalah perpindahan kalor yang tidak disertai perpindahan zat penghantar. Misalnya, pada batang logam yang dipanaskan salah satu ujungnya, maka ujung batang yang lain akan ikut panas. Laju perpindahan kalor secara konduksi bergantung pada panjang (L), luas penampang (A), konduktivitas termal (k), dan beda suhu (ΔT). Laju konduksi dapat ditentukan dengan persamaan berikut ini: H Q k A T atau (2.28) t L Keterangan: H = arus kalor (J/s) Q = kalor (J)

27 34 t = waktu (s) k = konduktivitas termal (W/m K) A = luas permukaan (m 2 ) L = panjang penghantar (m) T= perbedaan suhu (K) Setiap benda mempunyai sifat hantaran kalor atau konduktivitas termal yang berbeda-beda. Hal ini dapat dilihat pada tabel berikut. Tabel 2.5. Nilai konduktivitas termal benda Bahan k (W/m K) Bahan k (W/m K) Berbagai zat padat 205,0 (nilai-nilai yang 109,0 385,0 34,7 8,3 406,0 50,2 Logam Aluminium Kuningan Tembaga Timbal Raksa Perak Baja Gas Udara Argon Helium Hidrogen Oksigen ,016 0,14 0,14 0,023 mewakili) Bata isolasi Bata merah Beton Gabus Kain tebal Serat gelas Kaca Es Batu Styrofoan Kayu 0,15 0,6 0,8 0,04 0,04 0,04 0,8 1,6 0,04 0,01 0,12-0,04 Sumber :Sears dan Zemansky (2002) 2. Perpindahan Kalor Secara Konveksi Perpindahan kalor secara konveksi adalah perpindahan kalor yang disertai perpindahan partikel-partikel zat. Terdapat dua jenis konveksi, yaitu konveksi alami dan konveksi paksa. Pada konveksi alami, aliran energi kalor terjadi akibat perbedaan massa jenis. Pada konveksi paksa, aliran panas dipaksa dialirkan ke tempat yang dituju dengan bantuan alat tertentu.

28 35 Laju perpindahan kalor secara konveksi bergantung pada luas permukaan benda A yang bersentuhan, koefisien konveksi (h), waktu (t), dan beda suhu (ΔT) antara benda dengan fluida. Laju konveksi dapat ditentukan sebagai berikut; H Q h A T atau Q = h A t ΔT (2.29) t Keterangan: H = arus kalor (J/s) Q = kalor (J) t = waktu (s) h = koefisien konveksi (W/m 2 K) A = luas penampang yang bersentuhan dengan fluida (m 2 ) T= perbedaan suhu (K) 3. Perpindahan Kalor Secara Radiasi (pancaran) Perpindahan kalor secara radiasi adalah perpindahan energi kalor dalam bentuk gelombang elektromagnetik yang merambat tanpa melalui perantara. Josef Stefan dan Ludwig Boltzman menemukan besarnya laju kalor untuk radiasi, yang kemudian diberi nama Hukum Stefan Boltzman, yang berbunyi energi yang dipancarkan oleh satuan permukaan hitam dalam bentuk radiasi kalor tiap satuan waktu (Q/t) sebanding dengan luas permukaan (A) dan sebanding dengan pangkat empat suhu mutlak permukaan itu (T 4 ). Secara matematis laju kalor radiasi ditulis dengan persamaan:

29 36 H = (2.30) Persamaan tersebut berlaku untuk benda dengan permukaan hitam sempurna. Untuk setiap permukaan dengan emisivitas e (0 e 1), persamaannya menjadi : Q t 4 e AT (2.31) Keterangan: H = arus kalor (J/s) σ = tetapan Stefan-Boltzmann (5,67 x 10-8 W/m 2 K 4 ) T = suhu (K) e = emisivitas (0 e 1) A = luas permukaan (m 2 ) Emisivitas (e) adalah suatu ukuran seberapa besar pemancaran radiasi kalor suatu benda dibandingkan dengan benda hitam sempurna. Emisivitas tidak memiliki satuan, nilainya terletak diantara 0 dan 1 (0 e 1) dan bergantung pada jenis zat dan keadaan permukaan. C.4.4 Asas Black Jika dua zat yang berbeda masing-masing memiliki tempetratur T A dan T B, dimana temperatur zat A lebih tinggi daripada zat B dicampurkan maka akan terjadi pertukaran kalor secara terus menerus sampai kedua zat mencapai kesetimbangan termal yang ditandai temperatur keduanya menjadi sama besar. Dalam kasus ini kita anggap tidak ada kalor lain yang masuk atau keluar dari sistem. Sesuai prinsip kekekalan energi, yaitu kalor yang dilepaskan oleh zat yg bersuhu tinggi (Qlepas)

30 37 sama dengan kalor yang diterima zat yang bersuhu rendah (Qterima). Hubungan ini dirumuskan oleh Black: ( ) ( ) (2.32)