Modul IPA-Fisika02

Modul 2

Mata Pelajaran : IPA Fisika
Kelas / Semester : I (satu) / Ganjil
Materi : 1. Suhu
2. Kalor

Standar Kompetensi
1. Memahami prosedur ilmiah untuk mempelajari benda-benda alam dengan menggunakan peralatan.
2. Memahami wujud zat dan perubahannya.

Kompetensi Dasar
1. Mendiskripsikan pengertian suhu dan pengukurannya.
2. Menyelidiki sifat-sifat zat berdasarkan wujudnya dan penerapannya dalam kehidupan sehari-hari.
3. Mendiskripsikan konsep massa jenis dalam kehidupan sehari-hari.
4. Melakukan percobaan yang berkaitan dengan pemuaian dalam kehidupan sehari-hari.
5. Mendiskripsikan peran kalor dalam mengubah wujud zat dan suhu suatu benda serta penerapannya dalam kehidupan sehari-hari.

Tata Cara Mempelajari Modul
1. Bacalah materi dengan cermat.
2. Kerjakan evaluasi dengan sungguh-sungguh.
3. Cocokkan jawaban anda dengan kunci jawaban.
4. Lakukan Penilaian pribadi.

Materi Belajar
Suhu adalah suatu besaran yang menyatakan ukuran derajat panas atau dingin suatu benda. Alat yang digunakan untuk mengukur suhu dengan tepat disebut termometer. Menurut cairan yang mengisi termometer, termometer terbagi menjadi :
1. Termometer Raksa
Keuntungan menggunakan raksa adalah :
a. mudah dilihat karena mengkilat
b. volum raksa berubah secara teratur ketika terjadi perubahan suhu
c. raksa tidak membasahi kaca ketika memuai atau menyusut
d. jangkauan suhu raksa cukup lebar dan sesuai dengan pekerjaan lab
e. raksa dapat terpanasi secara merata sehingga menunjukkan suhu dengan cepat dan tepat
Kerugian menggunakan raksa adalah :
a. raksa mahal
b. raksa tidak dapat digunakan untuk mengukur suhu yang sangat rendah.
c. Raksa termasuk zat berbahaya

2. Termometer Alkohol
Keuntungan menggunakan alkohol :
a. alkohol lebih murah dibandingkan dengan raksa
b. alkohol teliti, karena untuk kenaikan suhu yang sangat kecil, mengalami perubahan volume yang lebih besar
c. dapat mengukur suhu yang sangat dingin
Kerugian menggunakan alkohol :
a. memiliki titik didih rendah sehingga pemakiannya terbatas
b. tttidak berwarna sehingga harus diberi warna agar terlihat
c. membasahi dinding kaca
Untuk melakukan kalirasi pada termometer, dilakukan dengan 4 langkah yaitu :
1. menentukan titik tetap bawah (pada saat es murni mulai mencair)
2. menentukan titik tetap atas (pada saat air murni mendidih)
3. bagilah jarak kedua titik tetap tersebut menjadi beberapa bagian yang sama.
4. dapat memperluas skala di bawah titik tetap (ditandai dengan negatif) dan di atas titik tetap atas.


Celcius Fahrenheit Reamur Kelvin
Titik lebur es 0 32 0 273
Titik didih air 100 212 80 373
Selisih 100 180 80 100

(C – 0) : (F – 32) : (R – 0) : (K – 273) = 100 : 180 : 80 : 100

C : (F – 32) : R : (K – 273) = 5 : 9: 4 : 5

Contoh soal :
Suhu sebuah kamar yang diukur dengan termometer berskala Kelvin menunjukkan 298 K. Berapakah suhu kamar ini jika diukur dengan termometerberskala :
a. Celcius b. Fahrenheit
Jawab.
Diket : K = 298 K
a. C : (K – 273) = 5 : 5 b. (F - 32) : (K – 273) = 9 : 5
C : (298 – 273) = 5 : 5 (F – 32) : (298 – 273) = 9 : 5
C : 25 = 5 : 5 (F – 32) : 25 = 9 :5
C = 25 oC (F – 32) = 45
F = 45 + 32
F = 77 oF

Partikel atau molekul adalah bagian terkecil zat yang masih memiliki sifat zat tersebut.
Pada zat padat, partikel-partikel saling berdekatan dalam suatu susunan yang teratur dan diikat cukup kuat oleh gaya tarik antarpartikel tersebut. Partikel dapat bergetar dan berputar di tempatnya tetapi tidak bebas untuk mengubah kedudukannya. Itulah sebabnya zat padat memiliki volum dan bentuk yang tetap.
Pada zat cair, jarak antarpartikelnya lebih jauh dibandingkan dengan zat padat. Partikel zat cair dapat berpindah tempat tetapi tidakmudah meninggalkan kelompoknya, dengan kata lain zat cair dapat mengalir. Jadi dengan teori partikel dapat dijelaskan mengapa zat cair memiliki volume tetap tetapi bentuknya mudah berubah.
Pada gas, jarak antarpartikel sangat berjauhansehingga gaya tarik menarik dapat diabaikan. Partikel bergerak sangat cepat dan bertumbukan satu sama lainnya dan juga bertumbukan dengan dinding wadah. Inilah yang menyebabkan gas menghasilkan tekanan.

Kohesi adalah tarik menarik antar partikel-partikel zat sejenis. Adhesi adalah gaya tarik-menarik antar partikel-partikel zat yang tidak sejenis. Apabila kohesi antarpartikel lebih kecil daripada adhesi antara partikel yang berlainan maka akan terjadi meniskus cekung dan membasahi dinding. Tetapi jika kohesi antar partikel lebih besar dari adhesi antara dua partikel maka akan menyebabkan terjadinya meniskus cembung dan tidak membasahi dinding.
Kapilaritas adalah peristiwa naik turunnya zat cair dalam pipa kapiler.

Massa Jenis adalah massa per satuan volume, atau secara matematis :

ρ = , ρ = massa jenis (kg/m3)
m = massa (kg)
V = volume (m3)
Contoh soal :
Volum sebatang besi 400 m3. Hitunglah massa besi tersebut (massa jenis besi 7900 kg/m3)
Jawab :
Diket : v = 400 m3 m = ρ . v
ρ = 7900 kg m3 = 7900 . 400
Dit : m = ? = 3 160 000 kg

Kapilaritas adalah peristiwa naik atau turunnya zat cair dalam pipa kapiler.





Kalor adalah bentuk energi yang secara alami berpindah dari benda yang suhunya tinggi ke benda yang suhunya rendah ketika benda disentuhkan atau dicampur. Benda akan mengalami perubahan jika diberi kalor, perubahan itu adalah :
a. perubahan suhu, atau
b. perubahan wujud

a. Perubahan Suhu
Kalor yang diberikan pada suatu zat akan digunakan untuk menaikkan suhu zat tersebut. Besar kalor yang diberikan sebanding dengan besar kalor jenis suatu zat, massa zat dan kenaikan suhu zat tersebut. Atau secara matematis dituliskan :

Q = c . m . Δt dimana : Q = kalor (Joule)
c = kalor jenis zat (J/kg oC)
m = massa zat (kg)
Δt = perubahan suhu (oC)
Kalor jenis adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 kg zat sebesar 1 oC.
Satuan lain kalor adalah kalori (1 kal = 4,2 J atau 1 J = 0,24 kalori)

Contoh soal :
Tentukanlah kalor yang diperlukan untuk mengubah 500 g air dari suhu 20 oC menjadi 100 oC
Jika kaor jenis air 4200 J/kg oC
Jawab
Diket : m = 500 g Q = c . m . Δt
= 0,5 kg Q = 4200 . 0,5 . 80
to = 20 oC Q = 2100 . 80
t1 = 100 oC Q = 168 000 J
Δt = (100 – 20) oC
= 80 oC
c air = 4200 J/kg oC
dit : Q = ?

b. Perubahan Wujud
Jika kalor yang diberikan tidak dipergunakan untuk menaikkan suhu zat, maka kalor yang diberikan akan digunakan untuk mengubah wujud benda. Hal ini terjadi pada menguap, melebur dan menyublim (dari padat ke gas)




1. Menguap
Ada lima faktor yang dapat dilakukan untuk mempercepat penguapan, yaitu :
- memanaskan - memperluas permukaan
- menyemburkan zat cair - meniupkan udara di atas permukaan
- mengurangi tekanan pada permukaan

Zat cair dikatakan mendidih jika gelembung-gelembung uap terjadi di dalam seluruh zat cair dan dapat meninggalkan zat cair. Pada saat mendidih, suhu zat cair tidak berubah. Kalor yang diberikan digunakan untuk mengubah wujud zat menjadi uap. Besar kalor yang diperlukan untuk menguapkan zat tersebut sebanding dengan massa dan kalor uap zat tersebut. Atau secara matematis dituliskan sebagai berikut :

Q = m. U dimana, Q = kalor yang diperlukan (J)
m = massa zat (kg)
U = Kalor uap zat (J/kg)
Kalor uap adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menguapkan zat cair pada titik didihnya.
Contoh soal
Hitunglah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menguapkan 2 kg air suhu 100 oC, jika kalor uap air 2 260 000 J/kg !



Jawab
Diket : m = 2 kg Q = m . U
Uair = 2 260 000 J/kg Q = 2 . 2 260 000
Dit : Q = ? Q = 4 520 000 J

2. Melebur
Adalah perubahan wujud dari padat menjadi cair. Pada melebur diperlukan kalor. Besar kalor yang diperlukan untuk meleburkan suatu zat sebanding dengan massa dan kalor lebur zat tersebut, atau dituliskan secara matematis :

Q = m . L , dimana, Q = kalor yang diperlukan (J)
m = massa benda (kg)
L = kalor lebur (J/kg)
Kalor lebur adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk meleburkan zat padat pada titik leburnya.

Contoh soal :
Berapa energi yang diperlukan 5 kg es untuk melebur menjadi air pada titik leburnya jika kalor lebur es 336 000 J/kg ?
Jawab
Diket : m = 5 kg Q = m . L
L es = 336 000 J/kg Q = 5 . 336 000
Dit : Q = ? Q = 1 680 000 J

Berapa kalor yang diperlukan untuk mengubah 2 kg es suhunya -5 oC menjadi uap air seluruhnya pada suhunya 100 oC, jika kalor jenis es 2 100 J/kgoC, kalor jenis air 4 200 J/kgoC kalor lebur es 336 000 J/kg, dan kalor uap 2 260 000 J/kg ?
Jawab
Diket : m = 2 kg air 100 oC uap 100 oC
to = - 5 oC
t1 = 100 oC Q3 Q4
c es = 2 100 J/kg oC es 0 oC Q2 air 0 oC
c air = 4 200 J/kg oC
L = 336 000 J/kg Q1
U = 2 260 000 J/kg
Dit : Q total = ? es -5 oC
Untuk Q1 (terjadi perubahan suhu)
Q1 = ces . m . Δt Q4 = m . U
= 2100 . 2 . 5 = 2 . 2 260 000
= 21 000 J = 4 520 000

Untuk Q2 (terjadi perubahan wujud) Qtotal = Q1 + Q2 + Q3 + Q4
Q2 = m . L = 21 000 + 672 000 + 840 000 + 4 520 000
= 2 . 336 000 = 6 053 000 J
= 672 000 J

Untuk Q3 (terjadi perubahan suhu)
Q3 = c . m . Δt
= 4 200 . 2 . 100
= 840 000 J

Kalor secara alami berpindah dari benda yang suhunya lebih tinggi ke benda yang suhunya lebih rendah. Perpindahan kalor melalui suatu zat tanpa disertai perpindahan partikel-partikel tersebut dinamakan konduksi. Penghantar kalor yang baik disebut konduktor, sedangkan penghantar kalor yang buruk disebut isolator.
Konveksi atau aliran adalah perpindahan kalor yang disebabkan oleh perbedaan massa jenis zat. Perpindahan kalor secara konveksi (aliran) terjadi di dalam zat yang dapat mengalir, yaitu zat cair dan gas.
Radiasi atau pancaran adalah perpindahan kalor tanpa memerlukan zat perantara atau medium. Radiasi dapat terjadi melalui ruang hampa karena sumber kalor menyalurkan energinya dalam bentuk gelombang. Gelombang ini merupakan bagian dari spektrum gelombang elektromagnetik yang dikenal sebagai radiasi inframerah.

Soal Evaluasi
A. Pilihlah Jawaban yang paling benar
1. Zat cair yang baik untuk mengisi termometer agar dapat digunakan untuk mengukur suhu yang rendah adalah ....
a. air b. raksa c. spiritus d. alkohol

2. Suhu suatu benda 10 oC. Jika dinyatakan dalam Sistem Internasional, besarnya adalah ....
a. 212 K b. 273 K c. 283 K d. 310 K


3. Enam puluh delapan derajat Fahrenheit sama dengan ....
a. 16 oC b. 18 oC c.20 oC d. 24 oC

4. Dalam suatu zat, partikel-partikelnya bergetar pada tempatnya dan tarik menarik satu sama lainnya dengan kuat. Zat ini sangat mungkin Adalah ….
a. gas b. uap c. zat padat d. zat cair

5. Berikut ini adalah manfaat kapilaritas, kecuali ....
a. naiknya minyak tanah melalui sumbu kompor
b. merembesnya air hujan ke dalam dinding rumah
c. naiknya air dari akar ke daun melalui pembuluh kayu
d. sifat menghisap cairan pada kain.

6. Sebuah kubus massanya 62 gram dan volumnya 8 cm3. Hitunglah massa jenis kubus tersebut !
a. 7,75 g/cm3 b. 8,0 g/cm3 c. 70,0 g/cm3 d. 496 g/cm3

7. Energi yang diperlukan untuk menaikkan suhu suatu zat bergantung pada faktor-faktor di bawah ini, kecuali ....
a. massa zat b. Jenis zat c. Tekanan udara luar d. Kenaikan suhu

8. 21 000 joule kalor diberikan ke dalam 5 kg air dengan kalor jenis 4200 J/kg oC. Kalor ini menaikkan suhu sebesar ....
a. 1 oC b. 5 oC c. 10 oC d. 25 oC

9. Salah satu cara mempercepat terjadinya penguapan adalah ….
a. memperkecil bidang penguapan c. menaikkan suhu
b. memperkecil kristal larutan d. Menambahkan tekanan di atas permukaann

10. Perhatikan grafik hubungan suhu dan waktu pemanasan air berikut :
suhu



D E



B C
Waktu (menit)

11. Untuk memanaskan 4 kg es 0 oC menjadi air 0 oC (kalor lebur es 323 000 J/kg) dibutuhkan energi sebesar ….
a. 1 292 000 J b. 1 110 000 J c. 333 000 J d. 123 000 J

12. Sebuah balok besi dengan massa 1,0 kg dipanasi secara listrik sehingga suhunya naik dari 14 oC menjadi 30 oC. Sebuah Joulemeter menunjukkan bahwa 7200 J energi diperlukan untuk itu. Kalor jenis besi adalah ….
a. 450 J/kg K b. 400 J/kg K c. 300 J/kg K d. 250 J/kg K



13. Banyak kalor yang harus diberikan pada 0,5 kg es supaya suhunya naik dari -10 oC menjadi 40 oC Adalah …. (kalor jenis es = 2100 J/kg K, kalor lebur es = 336 000 J/kg, kalor jenis air = 4200 J/kg K)
a. 262 500 J b. 252 500 J c. 178 500 J d. 94 500 J

14. Logam jauh lebih mudah mengkonduksi kalor disbanding dengan zat padat lainnya karena
a. dalam logam banyak terdapat elektron bebas
b. partikel-partikel dalam logam lebih rapat
c. partikel-partikel dalam logam lebih renggang
d. permukaan logam lebih halus

15. Berikut ini yang merupakan perpindahan kalor secara radiasi adalah ....
a. menghilangkan rasa dingin di depan api unggun
b. logam yang dipanasi bagian ujungnya
c. terjadinya angin darat pada malam hari
d. terjadinya angin laut pada siang hari.

B. Isilah dengan singkat dan benar !

16. Di Puncak Gunung Everest, apakah kamu mengharapkan air mendidih pada 100 oC ? Jelaskan !

17. Jelaskan terjadinya angin darat dan angin laut akibat konveksi alamiah udara !

18. 1257 kJ energi kalor diperlukan untuk menaikkan suhu sejumlah air (kalor jenis 4190 J/kg oC) dari 5 oC menjadi 20 oC. Berapakah massa air yang dipanaskan ?

19. Jika 4,5kJ energi kalor diperlukan untuk menguapkan 5 g zat cair pada titik didihnya, berapakah kalor uap air tersebut ?

20. Tentukan besar kalor yang diperlukan (dalam kJ) untuk mengubah 500 gram es batu 0 oC seluruhnya menjadi uap air pada 100 oC. (Jika kalor laten uap air 2 300 000 J/kg, kalor jenis air 4200 J/kg oC, kalor laten lebur es 335 000 J/kg)



Kunci Jawaban Modul 2
1. D 6. A 11. A
2. C 7. C 12. A
3. C 8. A 13. A
4. C 9. C 14. B
5. B 10. D 15. A

16. di bawah 100 oC, karena semakin tinggi suatu tempat tekanan udaranya semakin rendah
17. Angin laut. Pada siang hari daratan lebih cepat pansa daripada lautan (karena kalor jenis air > kalor jenis tanah), sehingga udara di atas daratan mengembang dan diisi oleh angin yang bergerak dari laut.
Agin darat. Pada malam hari air laut lebih panas dari daratan (karena kalor jenis air laut > kalor jenis daratan, sehingga penurunan kalor kecil), akibatnya di atas lautan udaranya mengembang dan diisi oleh angin yang bererak dari daratan.
18. m = 20 kg
19. U = 900 000 J/Kg
20. Q = 1 527 500 J