modul pembelajaran suhu dan termometer bismillah 2rev

54
MODUL PEMBELAJARAN TERPADU TIPE NESTED PADA MATERI SUHU DAN TERMOMETER Disusun untuk memenuhi Tugas Mata Kuliah IPA Terpadu Dosen Pengampu Dr. Sarwanto, M.Si. dan Fahrizal Eko Setiono, M.Pd Disusun Oleh : Robi Arsadani Wardiana (K2312061) Sinta Ayu Parameswari (K2312066) Pendidikan Fisika 2012 A FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA

Upload: sinta-parameswari

Post on 06-Nov-2015

509 views

Category:

Documents


20 download

DESCRIPTION

modul suhu dan kalor

TRANSCRIPT

MODUL PEMBELAJARAN TERPADU TIPE NESTED

PADA MATERI SUHU DAN TERMOMETER

Disusun untuk memenuhi Tugas Mata Kuliah IPA Terpadu

Dosen Pengampu Dr. Sarwanto, M.Si. dan Fahrizal Eko Setiono, M.Pd

Disusun Oleh :

Robi Arsadani Wardiana (K2312061)Sinta Ayu Parameswari (K2312066)

Pendidikan Fisika 2012 AFAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2015

PENDAHULUAN

Bahan Belajar Mandiri (BBM) ini merupakan BBM dari Konsep Dasar Fisika untuk SMP yang membahas mengenai suhu dan kalor. Dalam keseharian, kita sering kali menemukan atau merasakan suatu keadaan panas atau dingin. Es diketahui lebih dingin dibandingkan benda-benda yang ada di sekitarnya. Sebaliknya, api lebih panas dibandingkan dengan benda-benda lainnya. Contoh lain, suatu saat kita tentu pernah mengikuti kegiatan perkemahan di daerah pegunungan. Ketika tiba waktunya malam hari, sangat terasa dinginnya udara pegunungan, bahkan terkadang kita sampai menggigil. Kemudian teman kita berinisiatif mengumpulkan ranting-ranting pepohonan untuk membuat api unggun. Seketika badan kita terasa hangat. Bahkan bila jarak kita terlalu dekat, kita akan merasakan panas. Keadaan panas dan dinginnya suatu benda dinyatakan dalam suatu besaran yang dinamakan suhu. Akan tetapi, keadaan panas atau dinginnya suatu benda ini melahirkan pengertian yang relatif, artinya setiap orang memiliki standar yang berbeda-beda. Oleh karena itu perlu dibuat standar dalam menentukan derajat panas atau dingin, sehingga penting bagi kita untuk mengetahui besaran suhu melalui alat pengukur suhu atau termometer.

Belajar Mandiri (BBM) ini disusun dengan memerhatikan kompetensi inti, kompetensi dasar, dan indicator sebagai berikut:A. KOMPETENSI INTI

1. Menghargai dan menghayati ajaran agama yang dianutnya

2. Menghargai dan menghayati perilaku jujur, disiplin, tanggungjawab, peduli (toleransi, gotong royong), santun, percaya diri, dalam berinteraksi secara efektif dengan lingkungan sosial dan alam dalam jangkauan pergaulan dan keberadaannya

3. Memahami pengetahuan (faktual, konseptual, dan prosedural) berdasarkan rasa ingin tahunya tentang ilmu pengetahuan, teknologi, seni, budaya terkait fenomena dan kejadian tampak mata

4. Mencoba, mengolah, dan menyaji dalam ranah konkret (menggunakan, mengurai, merangkai, memodifikasi,dan membuat) dan ranah abstrak (menulis, membaca, menghitung, menggambar, dan mengarang) sesuai dengan yang dipelajari di sekolah dan sumber lain yang sama dalam sudut pandang/teori

B. KOMPETENSI DASAR

1.1 Mengagumi keteraturan dan kompleksitas ciptaan Tuhan tentang aspek fisik dan kimiawi, kehidupan dalam ekosistem, dan peranan manusia dalam lingkungan serta mewujudkannya dalam pengamalan ajaran agama yang dianutnya.

2.1 Menunjukkan perilaku ilmiah (memiliki rasa ingin tahu; objektif; jujur; teliti; cermat; tekun; hati-hati; bertanggung jawab; terbuka; kritis; kreatif; inovatif dan peduli lingkungan) dalam aktivitas sehari-hari sebagai wujud implementasi sikap dalam melakukan pengamatan, percobaan, dan berdiskusi

3.7 Memahami konsep suhu, pemuaian, kalor, perpindahan kalor,dan penerapannya dalam mekanisme menjaga kestabilan suhu tubuh pada manusia dan hewan serta dalam kehidupan sehari-hari

4.7 Melakukan percobaan untuk menyelidiki pengaruh kalor terhadap perubahan suhu dan perubahan wujud benda

C. INDIKATOR1. Mendefinisikan suhu

2. Menjelaskan alat pengukur suhu

3. Menjelaskan bagian-bagian thermometer

4. Membedakan jenis-jenis termometer.

5. Membedakan jenis-jenis skala yang digunakan pada termometer.

6. Menghitung dan mengkonversi nilai suhu pada beberapa skala.

D. TUJUAN

1. Siswa dapat mendefinisikan suhu

2. Siswa dapat menjelaskan alat pengukur suhu

3. Siswa dapat menjelaskan bagian-bagian thermometer

4. Siswa dapat membedakan jenis-jenis termometer.

5. Siswa dapat membedakan jenis-jenis skala yang digunakan pada termometer.

6. Siswa dapat menghitung dan mengkonversi nilai suhu pada beberapa skala.

Scope :

Materi Suhu dan Termometer meliputi konsep suhu, thermometer, dan konversi suhu.

Sequence :1. Pengertian suhu

2. Pengertian Termometer dan Jenis-jenis Termometer

3. Penetapan Skala Suhu pada Termometer (Kalibrasi Termometer)

4. Konversi Skala Suhu

5. Soal latihan

KEGIATAN BELAJAR SUHU DAN KALORKita menyadari bahwa setiap benda pada umumnya dapat mengalami perubahan, baik itu sifatnya maupun wujudnya. Misalnya perubahan wujud yang terjadi pada air, dimana air dapat berubah wujud menjadi es (membeku) atau berubah wujud menjadi uap (menguap). Tentu saja perubahan itu tidak serta merta terjadi, tetapi ada beberapa faktor yang dapat menyebabkan perubahan wujudnya. Penyebab perubahan wujud pada air umumnya disebabkan oleh panas atau dingin (meskipun panas atau dingin bukanlah satu-satunya penyebab air berubah wujud).

Berbicara mengenai panas atau dingin, maka sesungguhnya kita berbicara keberadaan sebuah besaran yang dapat mengkuantitaskan keadaan panas dan dingin suatu benda, yaitu suhu.

Timbul sebuah pertanyaan: mengapa ilmuwan menggunakan istilah suhu (atau temperatur) untuk menjelaskan keadaan suatu benda ditinjau dari sifat panas dan dinginnya? Hal ini didasari adanya perbedaan pengertian atau persepsi orang mengenai sifat panas dan dingin suatu benda. Misalnya, ketika seseorang mendapatkan sengatan matahari menjelang siang hari, mungkin ia merasakan panas yang luar biasa pada permukaan tubuhnya. Akan tetapi bagi seseorang yang lainnya, mungkin saja ia hanya merasakan hangat pada permukaan tubuhnya. Mengapa ini bisa terjadi? Hal ini berkaitan dengan standar panas atau dingin yang berbeda-beda bagi setiap orang. Oleh karena itu, keadaan panas dan dingin suatu benda dikuantitaskan dalam bentuk angka-angka melalui suatu besaran, yakni suhu.

A. Definisi Suhu

Suhu merupakan ukuran atau derajat panas atau dinginnya suatu benda atau sistem. Suhu didefinisikan sebagai suatu besaran fisika yang dimiliki bersama antara dua benda atau lebih yang berada dalam kesetimbangan termal. Suatu benda yang dalam keadaan panas dikatakan memiliki suhu yang tinggi, dan sebaliknya, suatu benda yang dalam keadaan dingin dikatakan memiliki suhu yang rendah. Perubahan suhu benda, baik menjadi lebih panas atau menjadi lebih dingin biasanya diikuti dengan perubahan bentuk atau wujudnya. Misalnya, perubahan wujud air menjadi es batu atau uap air karena pengaruh panas atau dingin. Perubahan wujud pada air dapat dicermati pada bagan pada Gambar 6.1.

Gambar 6.1. Perubahan wujud pada air

Sejumlah es batu yang dipanaskan akan berubah wujud menjadi air (1). Bila terus-menerus dipanaskan, maka pada suatu ketika (ketika telah mencapai titik didih) air akan mendidih dan berubah wujud menjadi uap air atau gas (2). Proses sebaliknya terjadi manakala air yang berada dalam bentuk gas atau uap air didinginkan, maka akan kembali ke bentuk cair (3), dan ketika terus didinginkan, maka pada saat tertentu (ketika telah mencapai titik beku) air akan membeku dan kembali berwujud padat yaitu es batu (4).Selain perubahan wujud yang dialami benda, perubahan panas juga dapat menyebabkan pemuaian. Pemuaian merupakan peristiwa perubahan ukuran (penambahan panjang, luas, atau volume) suatu benda karena pengaruh suhu. Pemuaian pada zat padat bisa berupa pemuaian panjang, pemuaian luas, maupun pemuaian volume. Pemuaian pada zat cair dan pemuaian pada gas hanya terjadi pemuaian volume.

Untuk mengkuantitatifkan besaran suhu dan menyatakan seberapa tinggi atau rendahnya nilai suhu suatu benda diperlukan pengukuran yang dinamakan termometer. Secara umum, dilihat dari hasil tampilannya, ada dua jenis termometer yang biasa kita kenal yaitu termometer analog dan termometer digital. Termometer analog yang banyak kita jumpai umumnya merupakan thermometer zat cair (termometer raksa atau termometer alkohol), sedangkan untuk termometer digital umumnya menggunakan sensor elektronik. Contoh termometer analog dan termometer digital diperlihatkan pada Gambar 6.2.

Gambar 6.2 Termometer analog dan thermometer digitalUntuk memahami lebih lanjut mengenai suhu atau panas dan dingin suatu benda, pengaruh panas dalam proses perubahan wujud benda, dan pengaruh panas dalam pemuaian zat padat, zat cair, dan gas, marilah kita ikuti Kegiatan Percobaan 1.

Kegiatan ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh panas atau dingin dan perbedaan suhu secara langsung melalui alat perasa (kulit).

Alat dan Bahan:

3 bejana berisi air, masing-masing diisi dengan sekitar 1 liter air yang suhunya berbeda sedikit satu sama lainnya: langsung dari keran.

Air yang 3 C lebih panas daripada air keran.

Air yang 6 C lebih panas daripada air keran.

Langkah kerja:

a. Letakkan ketiga bejana tersebut di depan kelas.

b. Bentuklah suatu kelompok terdiri dari 3 siswa. Masing-masing siswa mencelupkan tangannya pada satu bejana pada saat yang bersamaan. Laporkan apa yang dirasakan masing-masing siswa tentang suhu air tersebut.

c. Bentuklah kelompok lain yang terdiri dari 3 siswa juga. Ketiga siswa tersebut mencelupkan tangannya pada setiap bejana secara bergiliran. Laporkan apa yang dirasakan masing-masing siswa tentang suhu air tersebut.

d. Mintalah seorang siswa untuk memasukkan satu tangannya ke dalam bejana 1 dan tangan lainnya ke dalam bejana 3.

e. Tanyakanlah pada siswa yang lain, bagaimana perasaan siswa tersebut jika kemudian kedua tangannya dimasukkan ke dalam bejana 2.

f. Setelah beberapa saat, kedua tangan siswa tersebut dimasukkan ke dalam bejana 2 secara bersamaan. Laporkan apa yang dirasakannya tentang suhu air tersebut.

g. Cocokkan apa yang dirasakan siswa tersebut dengan perkiraan siswa lain. Jika ada perbedaan pendapat, tulislah perbedaannya dan mintalah alasan untuk pendapat berbeda tersebut.

Pertanyaan :

a. Apa yang Anda rasakan ketika mencelupkan tangan pada masing-masing bejana?

b. Bagaimana yang Anda rasakan ketika tangan dicelupkan pada bejana yang berbeda? Apa yang dapat disimpulkan?

Untuk lebih memperdalam wawasan kita mengenai suhu dan pengukuran suhu, marilah kita kenali lebih lanjut mengenai alat pengukur suhu yaitu termometer.

B. Termometer dan Jenis-jenis TermometerKetika suatu benda atau zat dipanaskan atau didinginkan hingga mencapai suhu tertentu, maka beberapa sifat fisis benda tersebut akan mengalami perubahan. Sifat fisika yang mengalami perubahan karena suhu benda berubah dinamakan sifat termometrik (thermometric property).

Beberapa contoh sifat termometrik benda diantaranya volume (dalam hal ini kaitannya dengan pemuaian zat, baik itu zat padat, zat cair, atau gas), tekanan (zat cair dan gas), hambatan listrik, gaya gerak listrik, dan intensitas cahaya.

Sifat-sifat termometrik inilah yang dijadikan prinsip kerja sebuah termometer. Termometer bekerja dengan memanfaatkan perubahan sifat termometrik suatu benda ketika benda tersebut mengalami perubahan suhu. Perubahan sifat termometrik suatu benda menunjukkan adanya perubahan suhu benda, dan dengan melakukan kalibrasi atau peneraan tertentu terhadap sifat termometrik yang teramati dan terukur, maka nilai suhu benda dapat dinyatakan secara kuantitatif.

Tidak semua sifat termometrik benda yang dapat dimanfaatkan dalam pembuatan termometer. Sifat termometrik yang dapat digunakan dalam pembuatan termometer harus merupakan sifat termometrik yang teratur. Artinya, perubahan sifat termometrik terhadap perubahan suhu harus bersifat tetap atau linier, sehingga peneraan skala termometer dapat dibuat lebih mudah dan termometer tersebut nantinya dapat digunakan untuk mengukur suhu secara teliti.

Berdasarkan sifat termometrik yang dimiliki suatu benda, jenis-jenis termometer diantaranya termometer zat cair, termometer gas, termometer hambatan, termokopel, pirometer, thermometer bimetal, dan sebagainya. Sedangkan berdasarkan hasil tampilan pengukurannya, termometer dibagi menjadi termometer analog dan termometer digital. Beberapa sifat termometrik yang dimanfaatkan dalam pembuatan termometer diperlihatkan pada Tabel 6.1.

Dari beberapa jenis termometer tersebut, yang sering kita jumpai dalam kehidupan seharihari adalah termometer zat cair dan termometer digital sederhana. Kedua jenis termometer ini biasanya ada yang digunakan untuk mengukur suhu badan kita dan ada pula yang digunakan untuk mengukur suhu ruang (Gambar 6.2).Termometer yang sering digunakan saat ini terdiri dari tabung kaca, di mana terdapat alkohol atau air raksa pada bagian tengah tabung. Ketika suhu meningkat, alkohol atau air raksa yang berada di dalam wadah memuai sehingga panjang kolom alkohol atau air raksa bertambah. Sebaliknya, ketika suhu menurun, panjang kolom alcohol atau air raksa berkurang. Pada bagian luar tabung kaca terdapat angka-angka yang merupakan skala thermometer tersebut. Angka yang ditunjukkan oleh ujung atas kolom alkohol atau air raksa menyatakan nilai suhu benda yang diukur.

Termometer zat cair yang sering kita jumpai umumnya menggunakan raksa atau alkohol. Pada dasarnya raksa dan alkohol digunakan sebagai zat pengisi termometer karena keduanya memiliki sejumlah kelebihan dibandingkan dengan zat cair lainnya. Beberapa kelebihan raksa diantaranya:

a. Raksa tidak membasahi dinding kaca tabung termometer, sehingga pengukuran suhu dapat dilakukan secara lebih akurat.

b. Raksa cepat mengambil panas dari benda yang akan diukur suhunya, sehingga mudah dicapai keadaan kesetimbangan termal.

c. Pemuaian raksa terjadi secara teratur.

d. Raksa mempunyai warna yang mengkilat, sehingga menjadi mudah diamati.

e. Termometer raksa mempunyai jangkauan ukur yang lebar, yaitu sekitar 356,9 C.

Namun demikian, raksa juga memiliki kelemahan, diantaranya tidak dapat mengukur suhu yang rendah. Disamping itu raksa merupakan zat yang sangat beracun, sehingga apabila tabung termometer yang berisi cairan raksa pecah, hal ini akan menjadi sangat berbahaya. Oleh karena itu, biasanya digunakan cairan alternatif lain, yakni alkohol sebagai pengganti raksa untuk mengisi tabung termometer. Alkohol memiliki beberapa kelebihan, diantaranya alkohol tidak beracun dan termometer alkohol dapat digunakan untuk mengukur suhu yang rendah. Akan tetapi, alcohol sebagai zat pengisi tabung termometer memiliki beberapa kelamahan, diantaranya:

a. Alkohol tidak berwarna sehingga untuk penggunaan dalam tabung termometer harus diberi warna agar mudah dilihat.

b. Alkohol membasahi dinding tabung termometer, sehingga tidak dapat menunjukkan hasil pengukuran yang teliti.

c. Pemuaian alkohol kurang teratur.

d. Titik didih alkohol rendah (sekitar 78 C), sehingga tidak dapat digunakan untuk mengukur suhu yang tinggi.

Uraian diatas menggambarkan kepada kita sejumlah kelebihan dan kekurangan raksa dan alcohol sebagai zat pengisi tabung termometer.

Jenis termometer lain yang biasa digunakan adalah termometer yang menggunakan lembaran bimetal (dua logam yang jenisnya berbeda dan kecepatan pemuaiannya juga berbeda). Pada saat suhu meningkat, salah satu logam mengalami pemuaian yang lebih besar daripada logam lain. Akibatnya keeping tersebut melengkung. Biasanya keping bimetal berbentuk spiral, di mana salah satu ujung keping tetap, sedangkan ujung lain dihubungkan ke penunjuk skala.

Ketika suhu berubah, penunjuk akan berputar. Termometer yang menggunakan lembaran bimetal biasanya digunakan sebagai termometer udara biasa, thermometer ruangan, termometer oven dll.

Termometer yang lebih akurat alias lebih tepat, biasanya menggunakan sifat elektris suatu benda. Misalnya termometer hambatan. Pada termometer hambatan, yang adalah diukur perubahan hambatan listrik suatu kumparan kawat tipis atau silinder karbon atau kristal germanium. Karena hambatan listrik biasanya dapat diukur secara tepat, maka termometer hambatan bisa mengukur suhu secara lebih tepat daripada termometer biasa.

Pada saat mengukur suhu dengan menggunakan termometer, kalian harus memperhatikan beberapa hal berikut ini.

Ketika menggunakan termometer, suhu awal tidak perlu diatur terlebih dahulu. Misalnya, suhu awal tidak perlu dibuat 0oC terlebih dahulu.

Ketika mengukur suhu zat cair, ujung bawah termometer harus diletakkan di tengah-tengah cairan. Ujung bawah termometer ini tidak boleh menyentuh dasar atau dinding bejana. Ketika termometer diangkat dari cairan, suhu termometer akan segera berubah menyesuaikan dengan suhu udara. Oleh karena itu, pembacaan termometer dilakukan ketika termometer masih berada di dalam cairan.

Untuk mengukur suhu tinggi, pastikan kalian menggunakan termometer yang dirancang untuk mengukur suhu tinggi.

Pada saat mengukur suhu, tangan tidak boleh bersentuhan langsung dengan termometer. Untuk mengatasi masalah ini, termometer dapat dijepit dengan statif atau digantung dengan benang melalui lubang yang ada pada ujung atas termometer.

Termometer tidak boleh digunakan untuk mengaduk cairan.

Dalam membaca skala termometer, posisi mata harus berada pada garis yang tegak lurus terhadap posisi skala termometer. Hal ini dilakukan untuk menghindari kesalahan paralaks.

1. Mengapa pipa kapiler pada termometer memiliki lubang yang sangat kecil?

2. Mengapa ujung bawah termometer yang digunakan sebagai tempat bahan pengisi termometer dibuat dari kaca tipis?

3. Seorang perawat yang baru saja mengukur suhu badan pasien, termometernya sering dikibas-kibaskan. Mengapa demikian?

4. Pada saat mengukur suhu, mengapa tangan tidak boleh bersentuhan langsung dengan termometer?Untuk lebih memahami cara menggunakan thermometer, mebaca skala thermometer maka lakukan kegiatan 2 dan kegiatan 3.

Kegiatan ini bertujuan untuk mengamati perubahan suhu dengan menggunakan termometer

Alat dan Bahan:

Termometer

Tabung erlenmeyer

Pembakar spiritus

Sumbat karet

Air

Jam atau stopwatch

Langkah kerja:

a. Rangkailah alat-alat percobaan seperti Gambar berikut.

Rangkaian alat percobaan

b. Isikan air pada tabung erlenmeyer. Usahakan jumlah air tidak terlalu banyak (kira-kira 100 cm3 agar suhu dapat naik cukup cepat).

c. Pasangkan sumbat karet yang telah dilengkapi termometer pada leher tabung erlenmeyer. Pastikan ujung termometer menyentuh bagian bawah permukaan air (terbenam dalam air)

d. Nyalakan pembakar spiritus dan panaskan tabung erlenmeyer berisi air tersebut.

e. Catat nilai perubahan suhu air pada Tabel Pengamatan 1 berikut.

Tabel Pengamatan 1No.Selang waktu pemanasanSuhu air

f. Setelah data-data terkumpul, buatlah grafik hubungan antara suhu air dan selang waktu pemanasan.

Pertanyaan:

a. Bagaimana kecenderungan perubahan suhu pada pemanasan air berdasarkan grafik hubungan antara suhu air dan selang waktu yang telah Anda buat?

b. Kesimpulan apa yang dapat Anda peroleh?

Kegiatan ini bertujuan untuk mengamati proses perubahan wujud benda (air) yang disebabkan oleh adanya panas dan dingin.

Alat dan Bahan:

Papan alas dan papan demonstrasi

Tabung erlenmeyer

Penjepit erlenmeyer

Sumbat karet (dengan 2 lubang)

Termometer

Selang

Pembakar spiritus

Jam atau stopwatch

Es

Langkah kerja:

a. Rakitlah papan demonstrasi, papan alas dan pemegang erlenmeyer.

b. Taruhlah es dan masukkan ke dalam erlenmeyer.

c. Rakitlah sumbat karet dengan selang dan termometer kepada erlenmeyer.

d. Jepitkan erlenmeyer pada penjepit (seperti Gambar berikut)

Rangkaian alat percobaan

e. Nyalakan pembakar spirtus.

f. Mintalah empat siswa untuk ke depan kelas. Dua siswa memperhatikan waktu dan dua lainnya memperhatikan suhu yang ditunjukkan termometer. Isilah data pengamatan pada Tabel Pengamatan 2 berikut.

Tabel Pengamatan 2No.Selang waktu pemanasanSuhu Wujud air

g. Mintalah siswa lainnya untuk mengamati dan menggambarkan keadaan dalam tabung erlenmeyer.

Pertanyaan:

a. Apa yang terjadi pada tabung erlenmeyer selama proses pemanasan?

b. Kesimpulan apa yang dapat Anda peroleh?

C. Penetapan Skala Suhu pada Termometer (Kalibrasi Termometer)Untuk dapat mengkuantitatifkan hasil pengukuran suhu dengan menggunakan thermometer maka diperlukan angka-angka dan skala-skala tertentu. Penetapan skala yang terpenting adalah penetapan titik tetap bawah dan titik tetap atas sebagai titik acuan pembuatan skala-skala dalam termometer. Untuk penetapan titik tetap bawah sebuah termometer pada umumnya dipilih titik beku air murni pada tekanan normal, yaitu suhu campuran antara es dan air murni pada tekanan normal.

Sedangkan penetapan titik tetap atas sebuah termometer umumnya dipilih titik didih air murni, yaitu suhu ketika air murni mendidih pada tekanan normal.

Kalibrasi termometer adalah proses membuat skala pada sebuah termometer. Berikut ini beberapa langkah melakukan kalibrasi termometer. Pertama, siapkan sebuah termometer air raksa atau termometer alkohol tanpa skala. Kedua, siapkan es secukupnya. Ketiga, siapkan air secukupnya. Keempat, siapkan sebuah pemanas air yang bisa digunakan untuk memanaskan air hingga mendidih. Kelima, masukkan es dan air ke dalam sebuah wadah (air dan es mempunyai massa yang sama). Setelah itu, masukkan termometer ke dalam wadah yang berisi air dan es.

Pada mulanya termometer bersentuhan dengan udara sehingga termometer lebih panas dari es. Setelah dimasukkan ke dalam wadah, panjang kolom air raksa akan berkurang karena campuran air dan es lebih dingin. Biarkan hingga panjang kolom air raksa tidak berubah (permukaan atas air raksa tidak bergerak). Ketika panjang kolom air raksa tidak berubah, campuran es batu dan air telah berada dalam kesetimbangan termal. Tandai posisi kolom air raksa tersebut (tandai bagian ujung atas kolom air raksa). Ini adalah suhu titik es atau titik beku air.

Keenam, didihkan air menggunakan pemanas listrik atau kompor. Masukkan termometer ke dalam wadah yang berisi air yang sedang dipanaskan. Ketika air semakin panas atau suhu air meningkat, panjang kolom air raksa juga semakin bertambah (permukaan air raksa bergerak ke atas). Setelah air mendidih, permukaan atas raksa berhenti bergerak. Tandai ujung kolom air raksa tersebut. Ini adalah temperatur titik didih air atau titik uap.

Apabila anda ingin membuat skala Celcius, jarak antara kedua tanda dibagi menjadi 100 garis di mana jarak antara setiap garis harus sama. Tanda bagian bawah = 0o C, sedangkan tanda bagian atas = 100o C. Lihat gambar di bawah.

Suhu titik es dan suhu titik uap bergantung pada tekanan udara. Karenanya thermometer yang dikalibrasi di tempat yang tekanan udaranya berbeda akan memberikan hasil berbeda. Termometer raksa yang biasa digunakan dikalibrasi pada tekanan udara 1 atmosfer sehingga suhu titik beku air adalah 0 oC dan suhu titik didih adalah 100 oC.

Termometer biasa seperti termometer raksa atau termometer alkohol, biasanya bersifat terbatas. Termometer tersebut tidak bisa digunakan untuk mengukur suhu yang sangat rendah (lebih rendah dari 0 oC) atau suhu yang sangat tinggi (lebih tinggi dari 100 oC).

Setidaknya terdapat empat macam skala termometer yang biasa digunakan, yaitu Celcius, Reamur, Fahrenheit, dan Kelvin. Titik tetap bawah untuk skala Celcius dan Reamur ditetapkan pada skala 0C dan 0R, sedangkan untuk Fahrenheit ditetapkan pada skala 32F. Ketiga skala titik tetap bawah untuk masing-masing skala termometer ini diambil dari titik beku air murni (titik lebur es murni) pada tekanan normal. Adapun titik tetap atas ketiga skala ini berbeda-beda, dimana untuk Celcius ditetapkan pada 100C, untuk Reamur ditetapkan pada 80R, dan untuk Fahrenheit ditetapkan pada 212F. Ketiga skala titik tetap atas untuk masing-masing skala termometer ini diambil dari titik didih air murni pada tekanan normal. Pada skala Kelvin, titik tetap bawah ketiga skala termometer ini bersesuaian dengan skala 273 K dan titik tetap atasnya bersesuaian dengan 373 K.

Khusus untuk skala Kelvin, titik tetap bawah tidak didasarkan pada titik beku air, namun didasarkan pada ukuran energi kinetik rata-rata molekul suatu benda. Dalam hal ini, nol Kelvin (tanpa derajat) dinamakan nol mutlak (nol absolut), artinya tidak ada suhu-suhu di bawah suhu nol mutlak, atau ketika nilai suhu mendekati nilai nol mutlak, maka energi kinetik rata-rata partikel mempunyai suatu nilai yang minimum. Oleh karena itu, berdasarkan fakta-tersebut, maka skala Kelvin dinamakan skala suhu mutlak atau skala suhu absolut, atau disebut juga skala termodinamik. Kelvin menjadi satuan standar SI untuk besaran pokok suhu.D. Konversi Skala Suhu

Untuk menyatakan satu nilai suhu pada skala termometer tertentu ke skala termometer yang lain dapat dilakukan konversi skala suhu. Beberapa hubungan antar skala termometer adalah sebagai berikut.1. Skala Celcius dengan Skala Fahrenheit

Skala Celcius dan skala Fahrenheit merupakan skala suhu yang berbeda. Jika suhu suatu benda diukur dan dinyatakan dalam skala Celcius, lalu kita hendak menyatakan suhu benda dalam skala Fahrenheit maka kita mengubahnya dari skala Celcius menjadi skala Fahrenheit. Pada bagian ini kita belajar mengubah atau mengkonversi skala suhu.

Pada tekanan 1 atm, suhu titik es untuk termometer berskala celcius = 0 oC, sedangkan termometer berskala Fahrenheit = 32 oF. Sebaliknya, pada tekanan 1 atm, suhu titik uap untuk termometer berskala Celcius = 100 oC, sedangkan termometer berskala Fahrenheit = 212 oF. Amati gambar di bawah!

Untuk memudahkanmu mengubah skala Celcius menjadi skala Fahrenheit atau mengubah skala Fahrenheit menjadi skala Celcius, ingat saja 0 oC = 32 oF dan 100 oC = 212 oF. Pada skala Celcius, antara 0 oC sampai 100 oC terdapat 100. Sedangkan pada skala Fahrenheit, antara 32 oF sampai 212 oF terdapat 180.a. Mengubah skala Celcius menjadi skala Fahrenheit

Tf = 180/100 Tc + 32

Tf = 9/5 Tc + 32

Untuk memperoleh suhu dalam skala Fahrenheit (Tf), kalikan terlebih dahulu suhu dalam skala Celcius (Tc) dengan9/5 lalu tambahkan dengan 32o.

b. Mengubah skala Fahrenheit menjadi skala Celcius

Tc = 100/180 (Tf 32)

Tc = 5/9 (Tf 32)

Untuk memperoleh suhu dalam skala Celcius (Tc), kurangi suhu dalam skala Fahrenheit (Tf) dengan 32o, setelah itu kalikan dengan 5/9.

2. Skala Celcius dengan skala Reamur

Pada tekanan 1 atm, suhu titik es untuk termometer berskala celcius = 0 oC, sedangkan termometer berskala Reamur = 0 oR. Sebaliknya, pada tekanan 1 atm, suhu titik uap untuk termometer berskala Celcius = 100 oC, sedangkan termometer berskala Reamur = 80 oR.a. Mengubah skala Celcius menjadi skala Reamur

TR = 80/100 Tc

TR = 4/5 Tc

b. Mengubah skala Reamur menjadi skala Celcius

Tc = 100/80 TRTc = 5/4 TR

3. Skala Reamur dengan Skala FarenheitPada tekanan 1 atm, suhu titik es untuk termometer berskala rearmur = 0 oR, sedangkan termometer berskala Fahrenheit = 32 oF. Sebaliknya, pada tekanan 1 atm, suhu titik uap untuk termometer berskala Reamur = 80 oR, sedangkan termometer berskala Fahrenheit = 212 oF.a. Mengubah skala Fahrenheit menjadi skala Reamur

TR = 80/180 (TR 32)

TR = 4/9 (TR 32)

b. Mengubah skala Reamur menjadi skala Fahrenheit

TF = 180/80 TR + 32

TF = 5/4 TR +32

Berdasarkan Satuan Internasional (SI), satuan untuk suhu adalah Kelvin. Dimana TK = TC +273.

Gambar 6.3. Perbandingan skala suhu termometer

Untuk lebih memahami konversi skala suhu pada termometer, perhatikan contoh soal berikut ini.

Contoh Soal 1:

4. Suatu benda diukur dengan menggunakan termometer yang berskala Fahrenheit dan hasil pengukurannya menunjukkan nilai 86 F. Tentukan suhu benda tersebut dalam skala:

a. Celcius b. Reamur c. Kelvin

5. Pada suhu berapakah termometer skala Celcius dan termometer skala Fahrenheit menunjukkan nilai yang sama?6. Pembahasan:1. Diketahui

: Tf = 86 FDitanyakan : a. Tc b. Tr

c. Tk

Jawab

:

a. Tc = 5/9 (Tf 32)

Tc = 5/9 (86-32)

Tc = 5/9 (54)Tc = 30C

b. Tr = 4/9 (Tf 32)

Tr = 4/9 (86-32)

Tr = 4/9 (54)

Tr = 24R

c. Tk = Tc + 273

Tk = 30 + 273

Tk = 303 K

2. Termometer Fahrenheit dan Celcius akan menunjukkan nilai yang sama ketika Tf = 9/5 Tc + 32 sama dengan Tc = 5/9 (Tf 32) sehingga:

Tf = Tc

9/5 Tc + 32 = 5/9 (Tf 32) ; karena Tc=Tf, dimisalkan Tc=Tf=x9/5 x + 32 = 5/9 (x 32)

9/5 x + 32 = 5/9 x 160/932 + 160/9 = 5/9 x 9/5 x

448/9 = -56/45 x

X = -40

Jadi thermometer fahrenheit dan thermometer celcius akan menunjukkan nilai yang sama pada suhu -40 C atau -40 F.

Untuk lebih memahami mengenai konversi suhu, maka lakukanlah kegiatan 4.

Untuk lebih memahami mengenai konversi skala thermometer, maka konversikan suhu pada kegiatan 2 dan kegiatan 3 menjadi skala Reamur, Fahrenheit, dan Kelvin.E. Kalor

Apakah yang dimaksud dengan kalor? Untuk menjelaskan pengertian kalor, perhatikan kejadian yang sering terjadi dalam kehidupan sehari-hari. Ketika sendok dimasukkan ke dalam secangkir kopi panas, sendok menjadi hangat dan kopi panasnya menjadi berkurang. Hal ini karena kalor mengalir dari kopi panas (suhu lebih tinggi) ke sendok (suhu lebih rendah). Apabila secangkir kopi panas itu dibiarkan di atas meja, lama-kelamaan kopi panas itu akan menjadi dingin dengan sendirinya. Hal ini karena kalor mengalir dari kopi panas (suhu lebih tinggi) ke lingkungan sekitarnya (suhu lebih dingin). Kalor berhenti mengalir apabila suhu kopi panas sama dengan suhu lingkungannya. Jadi, apabila dua benda bersentuhan secara alamiah kalor berpindah dari benda yang suhunya lebih tinggi ke benda yang suhunya lebih rendah. Kalor akan berhenti berpindah apabila suhu kedua benda itu sama. Dapatkah kalian memberikan beberapa contoh yang menunjukkan perpindahan kalor secara alamiah?

Interaksi antara sendok dan kopi panas serta kopi panas dan lingkungannya yang menyebabkan perubahan suhu pada dasarnya merupakan perpindahan energi dari satu benda ke benda lain. Perpindahan energi yang hanya terjadi karena perbedaan suhu disebut aliran kalor atau perpindahan kalor. Pada peristiwa ini energi yang dipindahkan berupa panas. Jadi, kesimpulannya, kalor adalah energi yang berpindah dari satu benda ke benda lain karena adanya perbedaan suhu.

Satuan kalor adalah kalori. Satuan ini didefinisikan berdasarkan perubahan suhu pada zat. Satu kalori (1 kal) didefinisikan sebagai jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu satu gram air dari 14,5oC menjadi 15,5oC. Satuan lain yang sering digunakan adalah kilokalori (kkal), dengan 1 kkal = 1.000 kal. Dengan mengingat kalor adalah energi yang berpindah, maka ada hubungan antara satuan kalor dan satuan energi. Berdasarkan percobaan, diperoleh 1 kalori = 4,2 joule atau 1 joule = 0,24 kalori. Perlu diketahui, satuan kalor dalam sistem SI adalah joule (J).

F. Pengaruh Kalor Pada ZatApakah yang terjadi apabila zat diberi kalor? Untuk menjawab pertanyaan ini kalian dapat melakukan Kegiatan 5.

Kegiatan ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh kalor pada suatu zat.

Alat dan Bahan

Gelas kimia

termometer skala Celsius

pembakar spiritus

kaki tiga

kawat kasa

pecahan es batu

Prosedur Percobaan

1. Masukkan beberapa pecahan es batu ke dalam gelas kimia. Ukurlah suhu awal es batu dengan termometer. Tempatkan gelas kimia di atas kaki tiga dengan menggunakan alas kawat kasa.

2. Panaskan gelas kimia yang telah berisi pecahan-pecahan es batu dengan menggunakan pembakar spiritus.

3. Amati perubahan angka pada termometer sambil mengamati perubahan yang terjadi pada es batu mulai dari bentuk padat, cair, dan akhirnya mendidih.

4. Bagaimanakah kesimpulan kalian tentang pengaruh kalor pada zat?

1. Perubahan Suhu

Secara alamiah kalor selalu mengalir dari benda yang bersuhu lebih tinggi ke benda yang bersuhu lebih rendah. Perpindahan kalor sering diikuti oleh kenaikan suhu benda. Apabila terjadi kenaikan suhu, jumlah kalor yang diterima oleh benda selalu sebanding dengan kenaikan suhu benda itu.

Untuk menaikkan suhu suatu zat bergantung pada tiga faktor, yaitu: perubahan suhu, massa zat, dan kalor jenis. Uraian di atas juga menunjukkan bahwa jumlah kalor (Q) yang diperlukan untuk menaikkan suhu benda sebanding dengan massa benda (m) dan sebanding dengan kenaikan suhu ((t). Secara matematis, ditulis

atau

(4-5)

Apakah satuan kalor jenis c? Persamaan (4-5) dapat ditulis menjadi

sehingga

Jadi, satuan kalor jenis adalah J/kg oC atau J/kg K. Di samping itu, satuan kalor jenis juga dapat dinyatakan dengan kal/goC.

Apakah yang disebut kalor jenis? Kalor jenis adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 kg suatu zat sebesar 1oC atau 1 K. Pada suhu 15oC dan tekanan 1 atm, kalor jenis air adalah c = 1 kkkal/kg oC = 4.200 J/kg K. Artinya, untuk menaikkan suhu 1 kg air sebesar 1oC atau 1 K diperlukan kalor sebanyak 1 kkal atau 4.200 J. Tabel 4.1 menunjukkan kalor jenis beberapa zat. Harga kalor jenis bergantung pada suhu dan tekanan. Akan tetapi, untuk perubahan suhu yang tidak terlalu besar kalor jenis dianggap tetap.ZatKalor Jenis (J/kg K)

Aluminium

Tembaga

Kaca

Besi atau Baja

Timah hitam

Marmer

Perak

Kayu

Alkohol (etil)

Raksa

Es

Air

Udara900

390

670

450

130

860

230

1.700

2.400

140

2.100

4.200

1.000

Tabel 4.1 Kalor Jenis Zat

2. Perubahan Wujud

Kalor dapat mengubah wujud zat. Kalian tentu masih ingat bahwa zat dapat berwujud padat, cair atau gas. Perubahan wujud zat bergantung pada jumlah kalor yang diterima atau jumlah kalor yang dilepaskan oleh zat yang bersangkutan. Zat padat dapat berubah wujud menjadi zat cair apabila zat itu menerima kalor. Zat cair dapat berubah wujud menjadi gas apabila zat itu menerima kalor. Sebaliknya, gas dapat berubah wujud menjadi zat cair apabila melepaskan kalor. Zat cair dapat berubah wujud menjadi zat padat apabila melepaskan kalor. Sebagai contoh, es (zat padat) berubah wujud menjadi air (zat cair) apabila dipanaskan. Artinya, es menerima kalor. Air (zat cair) berubah wujud menjadi uap (gas) apabila dipanaskan. Artinya, air menerima kalor. Sebaliknya, uap air akan berubah wujud menjadi air apabila didinginkan. Artinya, uap air melepaskan kalor. Air (zat cair) akan berubah wujud menjadi es (zat padat) apabila didinginkan. Artinya, air melepaskan kalor.

a. Menguap

Apabila sejumlah air dipanaskan terus-menerus, air akan menguap. Hal ini menunjukkan bahwa menguap memerlukan kalor. Untuk menunjukkan bahwa pada waktu menguap zat memerlukan kalor, kalian dapat memanaskan air dalam bejana dengan menggunakan pembakar spiritus. Setelah pembakar spiritus dinyalakan dan ditunggu beberapa saat, kalian akan melihat uap muncul pada permukaan air.

Ambillah beberapa tetes spiritus atau alkohol dengan pipet kemudian teteskan pada tangan. Rasakan apa yang terjadi pada kulit yang basah karena spiritus atau alkohol. Apakah kulit kalian terasa dingin? Jika tangan terasa dingin dan jumlah alkohol berkurang, berarti spiritus atau alkohol telah menguap. Mengapa kulit tempat spiritus atau alkohol terasa dingin? Spiritus menguap memerlukan kalor. Kalor yang diperlukan berasal dari tangan. Karena kehilangan kalor untuk proses penguapan spiritus tangan menjadi dingin.

Bagaimanakah cara mempercepat proses penguapan? Proses penguapan dapat dipercepat dengan beberapa cara, yaitu: memanaskan, memperluas permukaan, mengalirkan udara pada permukaan zat cair, dan mengurangi tekanan pada permukaan zat cair.

(1) Memanaskan

Seperti telah diuraikan di depan, semakin besar kalor yang diterima oleh suatu zat semakin besar pula gerakan molekul-molekulnya. Dengan memanaskan zat berarti kita telah memberikan tambahan kalor pada zat itu. Dengan demikian, molekul-molekul zat cair menjadi cepat bergerak sehingga semakin cepat pula meninggalkan permukaan zat cair.

(2) Memperluas Permukaan

Memperluas permukaan zat cair untuk mempercepat proses penguapan sering dilakukan orang. Misalnya, saat mendinginkan tes panas yang akan segera diminum. Teh panas yang ditempatkan dalam piring akan lebih cepat menguap daripada teh panas dalam gelas. Mengapa demikian? Permukaan piring yang lebih luas menyebabkan molekul-molekul zat cair yang berhubungan dengan udara lebih banyak.Akibatnya, molekul-molekul zat cair yang dapat melepaskan diri ke udara juga semakin banyak.

(3) Mengalirkan udara pada permukaan zat cair

Supaya teh panas yang akan diminum cepat dingin, biasanya kita meniupkan udara pada permukaannya. Pakaian basah yang dijemur akan cepat kering apabila ada angin bertiup. Udara yang bertiup pada permukaan teh panas menyebabkan molekul-molekul teh panas cepat bergerak meninggalkan permukaannya. Angin yang bertiup pada pakaian basah menyebabkan molekul-molekul air lebih mudah meninggalkan pakaian sehingga pakaian menjadi cepat kering.

(4) Mengurangi tekanan pada permukaan zat cair

Teh panas yang berada dalam gelas terbuka lebih cepat dingin daripada teh panas yang berada dalam gelas tertutup. Mengapa demikian? Tekanan udara pada gelas tertutup lebih besar daripada tekanan udara pada gelas terbuka. Pada tekanan yang lebih besar molekul-molekul air sukar melepaskan diri dari permukaannya. Pada tekanan yang lebih kecil molekul-molekul air mudah melepaskan diri dari permukaannya. Jadi, apabila tekanan pada permukaan zat semakin kecil zat cair itu semakin mudah menguap.

Berdasarkan uraian tentang cara mempercepat proses penguapan dapat disimpulkan bahwa penguapan zat cair dapat terjadi pada sembarang suhu.

b. MengembunMengembun adalah proses perubahan wujud dari gas menjadi cair. Zat dapat mengembun apabila suhu turun, sedangkan suhu turun terjadi apabila zat itu melepaskan kalor. Ada dua contoh peristiwa mengembun dalam kehidupan sehari-hari. Ketika kalian memasukkan pecahan-pecahan es ke dalam gelas, sisi luar gelas mula-mula kering. Akan tetapi, beberapa saat kemudian pada bagian sisi luar gelas terdapat bintik-bintik air. Ketika kalian naik mobil pada saat cuaca cerah, kaca jendela mobil bagian dalam masih kering. Akan tetapi, ketika hujan turun kaca mobil bagian dalam menjadi buram. Apabila kalian menempelkan telapak tangan pada kaca, telapak tangan menjadi basah. Bagimana kedua peristiwa ini dapat dijelaskan?

Barangkali kita berfikir bahwa es yang mencair mampu menembus gelas sehingga sisi luar gelas menjadi basah. Demikian pula peristiwa yang terjadi pada kaca mobil ketika hujan: air hujan dapat memasuki kaca melalui pori-pori kaca. Akan tetapi, cara berfikir kita salah. Udara di sekitar kita banyak mengandung uap air. Ketika uap air bersentuhan dengan benda-benda yang lebih dingin (suhunya rendah), uap air melepaskan kalor. Kalor yang dilepaskan ini diterima oleh uap air di sekitar gelas atau kaca mobil. Ketika uap air melepaskan kalor suhunya turun sehingga uap air berubah menjadi bintik-bintik air.

c. MendidihMendidih adalah proses perubahan wujud dari zat cair menjadi gas (uap). Mendidih terjadi pada seluruh bagian zat cair. Zat cair dikatakan menguap apabila molekul-molekulnya sebagian meninggalkan permukaan zat cair tersebut. Apabila suhu zat cair dinaikkan, penguapan dapat terjadi di seluruh bagian zat cair. Molekul-molekul zat cair membentuk uap dalam bentuk gelembung-gelembung udara. Gelembung-gelembung ini dapat terjadi di seluruh bagian zat cair.

Apabila pemanasan dilanjutkan, gelembung-gelembung udara akan naik ke permukaan zat cair dan akhirnya pecah. Apabila hal ini terjadi, zat cair dikatakan mendidih. Jadi, zat cair dikatakan mendidih apabila gelembung-gelembung uap terjadi di seluruh bagian zat cair dan meninggalkan zat cair. Pada saat mendidih suhu zat cair tidak berubah, meskipun kalor diberikan terus-menerus.

Berapakah kalor yang diperlukan untuk mengubah wujud zat dari cair menjadi uap pada titik didihnya? Hasil percobaan menunjukkan bahwa kalor yang diperlukan untuk mengubah wujud zat dari cair menjadi uap pada titik didihnya bergantung pada massa zat dan kalor uap zat yang bersangkutan. Kalor uap merupakan salah satu sifat zat. Kalor uap adalah banyaknya kalor (dengan satuan joule) yang diperlukan untuk menguapkan 1 kg zat pada titik didihnya. Satuan kalor uap adalah J/kg.

Untuk menguapkan zat cair dengan massa m pada titik didihnya diperlukan kalor sebanyak

Q = mL,

(4-6)

dengan L dinamakan kalor uap zat yang bersangkutan. Harga kalor uap untuk beberapa zat disajikan pada Tabel 4.2.Nama ZatTitik Didih Normal (oC)Kalor Uap (J/kg)

Alkohol

Raksa

Air

Timbal

Perak

Emas

Tembaga78

357

100

1.750

2.193

2.660

1.187854.000

272.000

2.256.000

871.000

2.336.000

1.578.000

5.069.000

Tabel 4.2 Kalor Uap Beberapa ZatHal yang sama terjadi pada saat zat cair mengembun. Kalor yang dilepaskan uap tidak digunakan untuk menurunkan suhu, tetapi digunakan untuk mengubah wujud zat cair dari uap menjadi cair. Hasil percobaan menunjukkan bahwa kalor yang dilepaskan untuk mengubah wujud zat dari uap menjadi cair pada titik embunnya bergantung pada massa zat dan kalor embun zat yang bersangkutan. Kalor embun merupakan salah satu sifat zat. Kalor embun adalah banyaknya kalor (dengan satuan joule) yang dilepaskan untuk mengembunkan 1 kg zat pada titik embunnya. Satuan kalor embun adalah J/kg. Setiap zat yang jenisnya sama, besarnya kalor uap sama sama dengan kalor embun dan titik uapnya sama dengan titik didihnya. Oleh karena itu, untuk proses pengembunan tetap berlaku Persamaan (4-5), dengan L menunjukkan kalor embun.

Melebur dan Membeku

Melebur adalah proses perubahan wujud zat dari padat menjadi cair. Pada saat melebur, zat memerlukan kalor. Sebaliknya, membeku adalah proses perubahan wujud zat dari cair menjadi padat.

Jumlah kalor (dengan satuan joule) yang diperlukan untuk meleburkan 1 kg zat pada titik leburnya dinamakan kalor lebur. Satuan kalor lebur adalah J/kg. Jumlah kalor (dengan satuan joule) yang dilepaskan untuk membekukan 1 kg zat pada titik bekunya dinamakan kalor beku. Setiap zat yang jenisnya sama, besarnya kalor lebur sama dengan kalor beku dan titik leburnya sama dengan titik bekunya. Oleh karena itu, untuk proses melebur tetap berlaku Persamaan (4-6), dengan L menunjukkan kalor lebur. Harga kalor lebur untuk beberapa zat disajikan pada Tabel 4.3.

Nama ZatTitik Lebur Normal (oC)Kalor Lebur (J/kg)

Etanol

Raksa

Air

Timbal

Perak

Emas

Tembaga114

39

0

327

961

1.063

1.083104.000

12.000

336.000

24.500

88.000

64.000

134.000

Tabel 4.3 Kalor Lebur Beberapa ZatG. Azas Black

Apa yang terjadi apabila dua zat yang berbeda suhunya dicampur dalam wadah yang terisolasi dari lingkungan sekitarnya? Sebagaimana telah diuraikan di depan, kalor mengalir dari suhu tinggi ke suhu rendah. Artinya, zat yang suhunya tinggi akan melepaskan kalor dan zat yang suhunya rendah akan menerima kalor. Kalor yang dilepaskan oleh zat yang bersuhu tinggi sama dengan kalor yang diterima oleh zat yang bersuhu rendah. Pernyataan ini mula-mula dikemukakan oleh fisikawan Inggris, Joseph Black (1728-1799), sehingga dikenal sebagai asas Black. Secara sederhana, azas Black dapat dirumuskan sebagai berikut:

Qdilepaskan = Qditerima

(4-7)

Jadi, apabila dua zat yang berbeda suhunya dicampur kedua zat itu akhirnya akan memiliki suhu yang sama. Untuk memahami penerapan Azas Black, perhatikan contoh soal berikut.

H. Pemuaian Kereta api merupakan alat transportasi darat yang relatif aman dan nyaman serta dapat mengangkut penumpang dalam jumlah yang banyak. Kereta berjalan di atas rel. Pada sambungan rel kereta api terdapat sebuah celah, Mengapa harus ada celah? Celah tersebut pada malam hari lebar, sedangkan siang hari menjadi sempit karena terkena sinar matahari.

Sebagian besar zat akan memuai bila dipanaskan dan menyusut ketika didinginkan. Bila suatu zat dipanaskan (suhunya dinaikkan) maka molekul-molekulnya akan bergetar lebih cepat dan amplitudo getaran akan bertambah besar, akibatnya jarak antara molekul benda menjadi lebih besar dan terjadilah pemuaian. Pemuaian adalah bertambahnya ukuran benda akibat kenaikan suhu zat tersebut. Pemuaian dapat terjadi pada zat padat, cair, dan gas.

Coba kamu amati bingkai kaca jendela di ruang kelasmu! Adakah bingkai jendela yang melengkung? Tahukah kamu apa sebabnya? Bingkai jendela tersebut melengkung tidak lain karena mengalami pemuaian. Pemuaian yang terjadi pada benda, sebenarnya terjadi pada seluruh bagian benda tersebut. Namun demikian, untuk mempermudah pemahaman maka pemuaian dibedakan tiga macam, yaitu pemuaian panjang, pemuaian luas, dan pemuaian volume.

1. Pemuaian Panjang

Pernahkah kamu mengamati kabel jaringan listrik pada pagi hari dan siang hari? Kabel jaringan akan tampak kencang pada pagi hari dan tampak kendor pada siang hari. Kabel tersebut mengalami pemuaian panjang akibat terkena panas sinar matahari. Alat yang digunakan untuk menyelidiki pemuaian panjang berbagai jenis zat padat adalah musschenbroek. Pemuaian panjang suatu benda dipengaruhi oleh panjang mula-mula benda, besar kenaikan suhu, dan tergantung dari jenis benda.

Alat Musschenbroek

Besarnya panjang logam setelah dipanaskan adalah sebesar

Besarnya panjang zat padat untuk setiap kenaikan 1C pada zat sepanjang 1 m disebut koefisien muai panjang (). Hubungan antara panjang benda, suhu, dan koefisien muai panjang dinyatakan dengan persamaan

Keterangan:L = Panjang akhir (m)L0 = Panjang mula-mula (m)L = Pertambahan panjang (m) = Koefisien muai panjang (/C)t = kenaikan suhu (C)Beberapa Koefisien Muai Panjang Benda

2. Pemuaian Luas

Jika yang dipanaskan adalah suatu lempeng atau plat tipis maka plat tersebut akan mengalami pemuaian pada panjang dan lebarnya. Dengan demikian lempeng akan mengalami pemuaian luas atau pemuaian bidang. Pertambahan luas zat padat untuk setiap kenaikan 1C pada zat seluas 1 m^2 disebut koefisien muai luas (). Hubungan antara luas benda, pertambahan luas suhu, dan koefisien muai luas suatu zat adalah

Keterangan:A = Luas akhir (m2)0 = Pertambahan luas (m2)A0 = Luas mula-mula (m2) = Koefisien muai luas zat (/ C)t = Kenaikan suhu (C)

Besarnya dapat dinyatakan dalam persamaan berikut.

3. Pemuaian VolumeJika suatu balok mula-mula memiliki panjang P0, lebar L0, dan tinggi h0 dipanaskan hingga suhunya bertambah t, maka berdasarkan pada pemikiran muai panjang dan luas diperoleh harga volume balok tersebut sebesar

dimana

Keterangan:V = Volume akhir (m3)V0 = Volume mula-mula (m3)V = Pertambahan volume (m3) = Koefisien muai volume (/C)t = Kenaikan suhu (C)I. PERPINDAHAN KALORPernahkah kalian menanak nasi? Menurut pendapatmu, peristiwa apa yang menyebabkan beras yang bertekstur keras dapat berubah menjadi nasi yang lunakdan lembut? Tentu hal ini terjadi karena adanya perpindahan kalor dari api kompor ke beras dan air yang berada dalam wadah pemasak itu. Bagaimanakah cara kalor berpindah? Ada tiga cara perpindahan kalor, yaitu konduksi, konveksi, dan radiasi.

a. KonduksiProses perpindahan kalor melalui suatu zat tanpa diikuti perpindahan bagian-bagian zat itu disebut konduksi atau hantaran. Misalnya, salah satu ujung batang besi kita panaskan. Akibatnya, ujung besi yang lain akan terasa panas.

Coba perhatikan gambar berikut:

Pada batang besi yang dipanaskan, kalor berpindah dari bagian yang panas ke bagian yang dingin. Jadi, syarat terjadinya konduksi kalor pada suatu zat adalah adanya perbedaan suhu. Berdasarkan kemampuan menghantarkan kalor, zat dapat dikelompokkan menjadi dua golongan, yaitu konduktor dan isolator. Konduktor adalah zat yang mudah menghantarkan kalor (penghantar yang baik). Isolator adalah zat yang sulit menghantarkan kalor (penghantar yang buruk).

b. KonveksiProses perpindahan kalor melalui suatu zat yang disertai dengan perpindahan bagian-bagian yang dilaluinya disebut konveksi atau aliran. Konveksi dapat terjadi pada zat cair dan gas.i. Konveksi pada Zat CairSyarat terjadinya konveksi padaz at cair adalah adanya pemanasan. Hal ini disebabkan partikel-partikel zat cair ikut berpindah tempat.ii. Konveksi pada GasKonveksi terjadi pula pada gas, misalnya udara. Seperti halnya pada air, rambatan (aliran) kalor dalam gas (udara) terjadi dengan cara konveksi. Beberapa peristiwa yang terjadi akibat adanya konveksi udara adalah sebagai berikut.

1. Adanya angin laut. Angin laut terjadi pada siang hari. Pada siang hari, daratan lebih cepat menjadi panas daripada lautan sehingga udara di daratan naik dan digantikan oleh udara dari lautan.2. Adanya angin darat, Angin darat terjadi pada malam hari. Pada malam hari, daratan lebih cepat menjadi dingin daripada lautan. Dengan demikian, udara di atas lautan naik dan digantikan oleh udara dari daratan.

3. Adanya sirkulasi udara pada ruang kamar di rurnah

4. Adanya cerobong asap pabrik.c. RadiasiProses perpindahankalortanpa zat perantara disebut radiasi atau pancaran. Kalor diradiasikan dalam bentuk gelombang elektromagnetik, gelombang radio, atau gelombang cahaya. Misalnya, radiasi panas dari api Apabila kita berdiam di dekat api unggun, kita merasa hangat. Kemudian, jika kita memasang selembar tirai di antara api dan kita, radiasi kalor akan lerhalang oleh tirai itu. Dengan demikian, kita dapat mengatakan bahwa:

Kalor dari api unggun atau matahari dapat dihalangi oleh tabir sehingga kalor tidak dapat merambat. Ada beberapa benda yang dapat menyerap radiasi kalor atau menghalanginya. Alat yang digunakan untuk mengetahui atau menyelidiki adanya radiasi disebut termoskop, seperti yang tampak pada gambar berikut:

Dari hasil penyelidikan dengan menggunakan termoskop, kita dapat mengetahui bahwa:a. Permukaan yang hitam dan kusam adalah penyerap atau permancar radiasi kalor yang baik.

Permukaan yang putih dan mengkilap adalah penyerap atau pemancar radiasi yang buiruk.

b. Kegiatan Percobaan (untuk siswa)

_1219676262.unknown

_1219676345.unknown

_1219676424.unknown

_1219676077.unknown