SOAL PEMUAIAN & KALOR

BAHAN AJAR

HARI / TANGGAL   : RABU/20-11-2019

KELAS                       : VII ( Tujuh )

SEMESTER                : Ganjil

Kompetensi Dasar/ Indikator Pencapaian Kompetensi	Tujuan Pembelajaran	Langkah-langkah Pembelajaran	Sumber Belajar/Alat Peraga	Instrumen Penilaian
KD. 3.4 Memahami konsep suhu, pemuaian, kalor, perpindahan kalor, dan penerapannya dalam kehidupan sehari-hari termasuk mekanisme menjaga kestabilan suhu tubuh pada manusia dan hewan. IPK.         3.4.1      Menjelaskan definisi suhu.        3.4.2      Menjelaskan berbagai jenis termometer.            3.4.3      Menentukan skala suhu dengan melakukan pengukuran suhu dengan menggunakan thermometer.           3.4.4      Menentukan skala thermometer tak berskala dengan membandingkan dengan temometer berskala.          3.4.5      Menjelaskan definisi pemuaian. KD. 4.4 Melakukan percobaan untuk menyelidiki pengaruh kalor terhadap suhu dan wujud benda serta perpindahan kalor. IPK. 4.2.1      Mengamati peristiwa kehidupan sehari-hari yang terkait dengan perubahan wujud benda setelah menerima atau melepas kalor 4.2.2      Melakukan percobaan mengukur suhu benda menggunakan thermometer serta menyelidiki pemuaian pada benda padat, cair, dan gas 4.2.3      Melakukan percobaan menyelidiki pengaruh kalor terhadap perubahan suhu dan wujud benda serta perpindahan kalor secara konduksi, konveksi, dan radiasi 4.2.4      Mengumpulkan mengenai berbagai upaya menjaga kestabilan suhu tubuh makhluk hidup dalam kehidupan sehari-hari 4.2.5      Menyajikan hasil dalam bentuk laporan tertulis dan mendiskusikannya dengan teman	§  Siswa dapat menjelaskan definisi suhu. §  Siswa dapat menjelaskan berbagai jenis thermometer dan fungsinya. §  Siswa dapat menentukan skala suhu dengan melakukan pengukuran suhu denganmenggunakan thermometer. §  Siswa dapat menentukan skala thermometer tak berskala dengan membandingkan dengan temometer berskala. §  Siswa dapat menjelaskan definisi pemuaian.	Kegiatan Pendahuluan 1.      Orientasi 2.      Apersepsi 3.      Motivasi 4.      Pemberian Acuan Kegiatan Inti 1.      Stimulation (stimullasi/ pemberianrangsangan) 2.      Problem statemen (pertanyaan/identifikasi masalah) 3.      Data collection (pengumpulan data) 4.      Data processing (pengolahan Data) 5.      Verification / Pembuktian 6.      Generalizatio (menarikkesimpulan) Penutup	Sumber Belajar : © Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan. 2016. Buku Siswa Mata Pelajaran IPA. Jakarta: Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan. Alat Peraga : 1. Laptop 2. Mistar 3. Slide 4. Dan lainnya yang mendukng	Penilaian : 1.      Pengetahuan

Perubahan Akibat Suhu

Apa yang terjadi pada benda jika suhunya berubah? Salah satu perubahan yang terjadi pada benda adalah ukuran benda itu berubah. Jika suhu benda naik, secara umum ukuran benda bertambah. Peristwa ini disebut pemuaian.

1. Pemuaian Zat Padat

Zat padat dapat mengalami pemuaian. Gejala ini memang sulit untuk diamati secara langsung, tetapi seringkali kamu dapat melihat pengaruhnya. misalnya, saat kamu menuangkan air panas ke dalam gelas, tiba-tiba gelas itu retak. Retaknya gelas ini karena terjadinya pemuaian yang tidak merata pada gelas itu. Kamu akan pelajari lebih dalam tentang pemuaian pada zat padat.

1. Pemuaian Zat Padat

Zat padat dapat mengalami pemuaian. Gejala ini memang sulit untuk diamati secara langsung, tetapi seringkali kamu dapat melihat pengaruhnya. misalnya, saat kamu menuangkan air panas ke dalam gelas, tiba-tiba gelas itu retak. Retaknya gelas ini karena terjadinya pemuaian yang tidak merata pada gelas itu. Kamu akan pelajari lebih dalam tentang pemuaian pada zat padat.

a. Pemuaian Panjang Zat Padat

Pada umumnya, benda atau zat padat akan memuai atau mengembang jika dipanaskan dan menyusut jika didinginkan. Pemuaian dan penyusutan itu terjadi pada semua bagian benda, yaitu panjang, lebar, dan tebal benda tersebut. Jika benda padat dipanaskan, suhunya akan naik. Pada suhu yang tinggi, atom dan molekul penyusun logam tersebut akan bergetar lebih cepat dari biasanya sehingga logam tersebut akan memuai ke segala arah. Para perancang bangunan, jembatan, dan jalan raya harus memperhatikan sifat pemuaian dan penyusutan bahan karena perubahan suhu. Jembatan umumnya dibuat dari besi baja yang saling disambungkan satu dengan lainnya. Untuk itu, agar sambungan besi baja tidak melengkung karena memuai akibat terik panas matahari atau menyusut di malam hari, sambungan-sambungan besi baja tidak boleh dipasang saling rapat satu dengan lainnya. Harus ada rongga yang cukup di antara sambungan-sambungan itu.

Bimetal dibuat berdasarkan sifat pemuaian zat padat. Bimetal antara lain dimanfaatkan pada termostat. Prinsip kerja termostat sebagai berikut. Jika udara di ruangan dingin, keping bimetal akan menyusut, membengkok ke kiri, dan menyentuh logam biasa sehingga kedua ujungnya saling bersentuhan. Sentuhan antara kedua ujung logam itu menjadikan rangkaian tertutup dan menyalakan pemanas sehingga ruangan menjadi hangat. Jika untuk mengontrol ruangan berpendingin, cara kerjanya serupa. Saat ruangan mulai panas, termostat bengkok dan menghubungkan rangkaian listrik sehingga pendingin kembali bekerja.

Hasil percobaanmu menunjukkan jika panjang logam mula-mula sama, untuk logam yang berbeda ternyata pertambahan panjang karena pemuaiannya juga berbeda. Besaran yang menentukan pemuaian panjang zat padat adalah koefisien muai panjang. Koefisien muai panjang suatu zat padat adalah bilangan yang menunjukkan pertambahan panjang tiap satu satuan panjang zat itu jika suhunya dinaikkan 1^oC .

Jenis Bahan	Koefisien Muai Panjang (/0C)
Kaca biasa Kaca Pyrex Aluminium Kuningan Baja Tembaga	0,000009 0,000003 0,000026 0,000019 0,000011 0,000017

b. Pemuaian Luas dan Volume Zat Padat

Jika suatu benda berbentuk lempengan dipanaskan, pemuaian terjadi pada kedua arah sisi-sisinya. Pemuaian semacam ini disebut pemuaian luas. Pemasangan pelat-pelat logam selalu memperhatikan terjadinya pemuaian luas. Pemuaian luas memiliki koefisien muai sebesar dua kali koefisien muai panjang. Bagaimanakah pemuaian yang dialami oleh kelereng dan balok besi jika kedua benda tersebut dipanaskan? Benda-benda yang berdimensi tiga (memiliki panjang, lebar, dan tinggi) akan mengalami muai ruang jika dipanaskan. Pemuaian ruang memiliki koefisien muai tiga kali koefisien muai panjang. Balok baja jika dipanaskan akan memuai dengan koefisien muai sebesar 0,000033/^o Pernahkah kamu menjumpai daun pintu tidak dapat ditutupkan pada bingkai pintunya? Kaca jendela tidak dapat masuk ke dalam bingkainya? Hal itu terjadi karena pemasangan daun pintu dan kaca jendela terlalu rapat dengan bingkainya sehingga ketika terjadi pemuaian atau penyusutan tidak tersedia lagi rongga yang cukup.

2. Pemuaian Zat Cair dan Gas

Sebagaimana zat padat, zat cair juga memuai jika dipanaskan. Bahkan, pemuaian zat cair relatif lebih mudah atau lebih cepat teramati dibandingkan dengan pemuaian zat padat. Gas juga memuai jika dipanaskan.

Sifat pemuaian gas harus diperhatikan dalam kehidupan sehari-hari, misalnya ketika memompa ban sepeda jangan terlalu keras, seharusnya sesuai ukuran.

Contoh Soal dan Pembahasan

1. Sebuah benda yang terbuat dari baja memiliki panjang 1000 cm. Berapakah pertambahan panjang baja itu, jika terjadi perubahan suhu sebesar 50°C?

Penyelesaian:

Diketahui :

L0 = 1000 cm

∆T = 50 °C

α = 12 × 10-6 °C-1 (lihat di tabel koefisien muai panjang)

Ditanyakan : ∆L = ...?

Jawab:

L = L0(1 + α∆T)

L = L0 + L0α∆T

L – L0 = L0α∆T

∆L = L0α∆T

∆L = 1000 × 12 × 10-6 × 50

∆L = 60 cm

Jadi, pertambahan panjang benda tersebut sebesar 60 cm.

2. Pada suhu 30oC sebuah pelat besi luasnya 10 m2. Apabila suhunya dinaikkan menjadi 90oC dan koefisien muai panjang besi sebesar 0,000012/oC, maka tentukan luas pelat besi tersebut!

Penyelesaian:

Diketahui:

A0 = 10 m2

T0 = 30oC

T = 90oC

∆T = T – T0 = 90 – 30 = 60oC

α = 0,000012/oC

β = 2α = 2 × 0,000012/oC = 0,000024/oC

Ditanyakan: A = …?

Jawab:

A = A0(1 + β × ∆T)

A = 10(1 + 0,000024 × 60)

A = 10(1 + 0,00144)

A = 10 × 1,00144

A = 10,0144 m2

Jadi, luas pelat besi setelah dipanaskan adalah 10,0144 m2.

3. Sebuah bejana memiliki volume 1 liter pada suhu 25oC. Jika koefisien muai panjang bejana 2 × 10-5/oC, maka tentukan volume bejana pada suhu 75oC!

Penyelesaian:

Diketahui:

γ = 3α = 3 × 2 × 10-5/oC = 6 × 10-5/oC

∆T = 75oC – 25oC = 50oC

V0 = 1 L

Ditanyakan: V = …?

Jawab:

V = V0(1 + γ × ∆T)

V = 1(1 + 6 × 10-5 × 50)

V = 1(1 + 3 × 10-3)

V = 1(1 + 0,003)

V = 1 × 1,003

V = 1,003 liter

Jadi, volume bejana setelah dipanaskan adalah 1,003 liter.

BAHAN AJAR

HARI / TANGGAL   : Rabu/20-11-2019

KELAS                       : VII ( Tujuh )

SEMESTER                : Ganjil

Kompetensi Dasar/ Indikator Pencapaian Kompetensi	Tujuan Pembelajaran	Langkah-langkah Pembelajaran	Sumber Belajar/Alat Peraga	Instrumen Penilaian
KD. 3.4 Memahami konsep suhu, pemuaian, kalor, perpindahan kalor, dan penerapannya dalam kehidupan sehari-hari termasuk mekanisme menjaga kestabilan suhu tubuh pada manusia dan hewan. IP K. 3    .4.1Menjelaskan Pengertian kalor. 3    4.2      Mendeskripsikan hubungan kalor dengan suhu dan hubungan kalor dengan wujud.  3       4.3  Menentukan macam-macam perpindahan kalor.	§  Peserta Didik menyelidiki faktor-faktor yang memengaruhi kenaikan suhu benda akibat pemberian kalor. §  Peserta Didik dapat menerapkan persamaan kalor untuk kenaikan suhu pada persoalan yang sesuai.	Kegiatan Pendahuluan 1.      Orientasi 2.      Apersepsi 3.      Motivasi 4.      Pemberian Acuan Kegiatan Inti 1.      Stimulation (stimullasi/ pemberianrangsangan) 2.      Problem statemen (pertanyaan/identifikasi masalah) 3.      Data collection (pengumpulan data) 4.      Data processing (pengolahan Data) 5.      Verification / Pembuktian 6.      Generalizatio (menarikkesimpulan) Penutup	Sumber Belajar : a.  Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan. 2016. Buku Siswa Mata Pelajaran IPA. Jakarta: Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan. Alat Peraga : 1. Laptop 2. Mistar 3. Air Panas 4. Air Dingin 5. Thermometer 6. LCD 7. Dan lainnya yang mendukng	Penilaian : 1.  Pengetahuan 2.  Ketrampilan 3.  Sikap

                                                                                                                                                            Kalor

Suhu menyatakan tingkat panas benda. Benda memiliki tingkat panas tertentu karena di dalam benda terkandung energi panas. Seperti telah kamu lakukan dalam kegiatan penyelidikan di atas, segelas air dan seember air yang bersuhu sama memiliki energi panas yang berbeda. Untuk menaikkan suhu 200 g air, memerlukan energi panas yang lebih besar daripada 100 g air. Pada suhu yang sama, zat yang massanya lebih besar mempunyai energi panas yang lebih besar pula. Energi panas yang berpindah dari benda yang bersuhu lebih tinggi ke benda yang bersuhu lebih rendah disebut kalor. Apa satuan kalor? Sebagai bentuk energi, dalam SI kalor bersatuan Joule (J). Satuan kalor yang populer (sering digunakan di bidang gizi) adalah kalori dan kilokalori. Satu kalori adalah jumlah energi panas yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 gram air hingga naik sebesar 1 ^oC. Satu kalori sama dengan 4,184 J,sering dibulatkan menjadi 4,2 J.

Tubuhmu mengubah sebagian makanan menjadi energi panas. Energi panas yang disediakan oleh makanan diukur dalam kilokalori, sering disingkat kkal atau Kal (dengan K huruf kapital). Satu Kal makanan sama dengan 1.000 kalori. Kita menggunakan kilokalori untuk makanan karena kalori terlalu kecil untuk dipakai mengukur energi pada makanan yang kita makan (agar bilangan yang dikomunikasikan tidak terlalu besar). Zat gizi makanan mengandung energi kimia yang dapat diubah menjadi energi panas atau energi bentuk lain. Sebagian energi ini digunakan untuk mempertahankan. suhu tubuh. Saat kamu sedang kedinginan, kamu akan menggigil untuk mempercepat metabolisme tubuh sehingga suhu tubuh tetap terjaga. Setiap makanan kemasan harus tercantum kandungan energinya.

Kalor dan Perubahan Suhu Benda

Pada kegiatan sebelumnya, kamu telah mengamati, bahwa jika air diberi panas dari pembakar spiritus yang menyala, ternyata suhunya naik. Secara umum, suhu benda akan naik jika benda itu mendapatkan kalor. Sebaliknya, suhu benda akan turun jika kalor dilepaskan dari benda itu. Air panas jika dibiarkan lama-kelamaan akan mendingin menuju suhu ruang. Ini menunjukkan sebagian kalor dilepaskan benda itu ke lingkungan. kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu benda hingga suhu tertentu dipengaruhi juga oleh jenis benda. Besaran yang digunakan untuk menunjukkan hal ini adalah kalor jenis. Kalor untuk menaikkan suhu benda bergantung pada jenis benda itu. Makin besar kenaikan suhu benda, kalor yang diperlukan makin besar pula. Makin besar massa benda, kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu makin besar pula. Kalor yang diperlukan untuk kenaikan suhu = kalor jenis x massa benda x kenaikan suhu atau di lambangkan dengan:
Q = m x C x t

Kalor pada Perubahan Wujud Benda

Terjadinya perubahan wujud sering kita amati dalam kehidupan sehari-hari. Contoh yang sering kamu jumpai, pada air mendidih kelihatan gelembung-gelembung uap air, yang menunjukkan adanya perubahan wujud dari air menjadi uap. Untuk mendidihkan air, diperlukan kalor. Jadi, untuk mengubah wujud zat cair menjadi gas diperlukan kalor.




Perpindahan Kalor



Kalor berpindah dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah. Bagaimanakah caranya? 


1. Konduksi
Saat kamu menyetrika, setrika yang panas bersentuhan dengan kain yang kamu setrika. Kalor berpindah dari setrika ke kain. Perpindahan kalor seperti ini disebut konduksi. Konduksi merupakan perpindahan panas melalui bahan tanpa disertai perpindahan partikel-partikel bahan itu.

Benda yang jenisnya berbeda memiliki kemampuan menghantarkan panas secara konduksi (konduktivitas) yang berbeda pula. Bahan yang mampu menghantarkan panas dengan baik disebut konduktor. Konduktor buruk disebut isolator. Seperti hasil percobaanmu, logam termasuk konduktor. Kayu dan plastik termasuk isolator. Berbagai peralatan rumah tangga memanfaatkan sifat konduktivitas bahan. Peralatan memasak yang bersentuhan dengan api menggunakan konduktor yang baik, sedangkan pegangannya menggunakan isolator yang baik. Panas kopi dapat bertahan cukup lama di gelas kaca karena gelas merupakan isolator yang baik. aat udara dingin, kamu bergelung di dalam selimut. Selimut terbuat dari serat wool atau kapas yang bersifat isolator.

2. Konveksi
Air merupakan konduktor yang buruk. Namun, ketika air bagian bawah dipanaskan, ternyata air bagian atas juga ikut panas. Berarti, ada cara perpindahan panas yang lain pada air tersebut, yaitu konveksi. Saat air bagian bawah mendapatkan kalor dari pemanas, air memuai sehingga menjadi lebih ringan dan bergerak naik dan digantikan dengan air dingin dari bagian atas. Dengan cara ini, panas dari air bagian bawah berpindah bersama aliran air menuju bagian atas. Proses ini disebut konveksi. Pola aliran air membentuk arus konveksi.



Konveksi adalah perpindahan kalor dari satu tempat ke tempat lain bersama dengan gerak partikel-partikel bendanya. Elemen pemanas oven, pemanggang roti, magic jar,dan lain-lain biasanya terletak di bagian bawah. Saat difungsikan, udara bagian bawah akan menjadi lebih panas dan bergerak naik, sedangkan udara bagian atas yang lebih dingin akan bergerak turun. Pada peralatan tertentu seperti pengering rambut (hair dryer), aliran konveksi dibantu (atau dipaksa) dengan menggunakan kipas.

3. Radiasi
Bayangkan saat kamu berjalan di tengah hari yang cerah. Kamu merasakan panasnya matahari pada mukamu. Bagaimana kalor dari matahari dapat sampai ke wajahmu? Bagaimana kalor dapat melalui jarak berjuta-juta kilometer dan melewati ruang hampa? Dalam ruang hampa tidak ada materi yang memindahkan kalor secara konduksi dan konveksi. Jadi perpindahan kalor dari matahari sampai ke bumi dengan cara lain. Cara tersebut adalah radiasi. Radiasi adalah perpindahan kalor tanpa memerlukan medium. Kamu juga merasakan akibat radiasi kalor saat menghadapkan telapak tanganmu pada bola lampu yang menyala, atau saat kamu duduk di dekat api unggun. Udara merupakan konduktor buruk, dan udara panas api unggun bergerak ke atas. Namun, kamu yang berada di samping api unggun dapat merasakan panas. Setiap benda dapat memancarkan dan menyerap radiasi kalor, yang besarnya antara lain bergantung pada suhu benda dan warna benda.



Kamu dapat menyimpulkan: Makin luas permukaan benda panas, makin besar pula kalor yang diradiasikan ke lingkungannya. Makin panas benda dibandingkan dengan panas lingkungan sekitar, makin besar pula kalor yang diradiasikan ke lingkungannya. Kamu dapat menyimpulkan: Makin luas permukaan benda dingin, makin besar pula kalor yang diterima dari lingkungannya. Makin rendah suhu benda, makin besar pula kalor yang diterima dari lingkungannya. Saat kamu menjemur dua kaos basah yang warnanya berbeda, kamu mendapatkan bahwa kaos yang berwarna lebih gelap ternyata lebih cepat kering. Kamu dapat menyimpulkan: Makin gelap benda panas, makin besar pula kalor yang diradiasikan kelingkungannya. Makin gelap benda dingin, makin besar pula kalor yang diterima dari lingkungannya.