a. Standar Kompetensi dan Kompetensi Dasar
Standar kompetensi pada konsep suhu dan kaloryang diambil dari silabus mata pelajaran fisika kelas X adalah menerapkan konsep kalor dan prinsip konservasi energi pada berbagai perubahan energi. Sedangkan kompetensi dasar pada konsep ini, yaitu (1) menganalisis pengaruh kalor terhadap suatu zat; (2) menganalisis pengaruh kalor terhadap perubahan suatu zat; (3) menerapkan asas black dalam pemecahan masalah; (4) menganalisis cara perpindahan kalor.
47
Yudhi Munadi,Media Pembelajaran: Sebuah Pendekatan Baru,(Jakarta: Gaung Persada Press, 2010) cet. ke-3, h. 31-32
b. Peta Konsep Suhu dan Kalor
Peta konsep suhu dan kalor dapat dilihat pada Gambar 2.8 dibawah ini:
Gambar 2.8 Peta Konsep Suhu dan Kalor
c. Materi Konsep Suhu dan Kalor 1) Suhu
Suhu mempresentasikan derajat panas atau dinginnya suatu benda.48 Hal ini dapat dilihat dari pergerakan partikel-partikel dalam benda. Sehingga suhu dapat disimpulkan bahwa ukuran energi kinetik rata-rata partikel dalam suatu benda. Secara lebih umum dapat dinyatakan bahwa suhu adalah ukuran energi kinetik rata-rata partikel dalam suatu benda.49 Sejak abad ke-18 alat pengukur
suhu mulai dikembangkan yang diberi nama termometer. Termometer
memanfaatkan perubahan sifat-sifat fisis benda yang mengalamai perubahan, hal ini disebut sifat termometrik.50 Pada pembuatan termometer memerlukan titik acuan, yaitu titik tetap bawah dan titik tetap atas. Saat ini kita mengenal ada 4 macam skala termometer, yaitu skala Celcius, skala Fahrenheit, skala Kelvin, dan
48
I Made Astra, Fisika untuk SMA dan MA Kelas X, (Jakarta: Piranti Darma Kalokatama, 2008), h.170.
49
Marthen Kanginan,Fisika untuk SMA kelas X,(Jakarta: Erlangga, 2007), h. 93.
50
skala Reamur.51 Pada masing-masing skala memiliki titik didih dan titik beku yang berbeda. Berikut ini adalah termometer skala Celcius, Fahrenheit, Kelvin, dan Reamur dapat dilihat pada Gambar 2.9 di bawah ini:
Gambar 2.9 Termometer Skala Celcius, Fahrenheit, Kelvin, dan Reamur Secara umum hubungan antara satu skala dan skala yang lain dapat dirumuskan sebagai berikut:52
= …… ……… (2.1) Keterangan : Td= Titik didih Tb= Titik beku X = Termometer skala X Y = Termometer skala Y
Misalkan terdapat dua skala sembarang yaitu skala X dan skala Y dengan titik beku TbX dan TbY serta titik didih TdX dan TdY. Hal tersebut diilustrasikan pada Gambar 2.10 di bawah ini:
Gambar 2.10 Skala pada Termometer X dan Termometer Y
51
I Made Astra.,Op. Cit. h. 171.
52 Ibid.
2. Pemuaian
Setiap zat tersusun atas partikel-partikel kecil yang bergetar. Jika sebuah benda dipanaskan, maka partikel-partikelnya akan bergetar lebih cepat. Hal ini menyebabkan perubahan fisik benda yang dikenal dengan istilah pemuaian. Pemuaian secara kuantitatif adalah bertambahnya panjang, luas, volume akibat pengaruh kenaikan suhu pada suatu benda.53
a) Pemuaian Zat Padat
Pada umumnya setiap benda akan memuai apabila dipanaskan. Besar pemuaian yang terjadi bergantung pada tiga hal, yaitu ukuran awal benda, karakteristik bahan, dan besar perubahan suhu benda.54 Pada zat padat terjadi sekurang-kurangnya 3 pemuaian, yaitu muai panjang, muai luas dan muai volume.55 Muai panjang adalah pertambahan panjang yang diakibatkan oleh naiknya suhu benda. Muai panjang dapat dirumuskan sebagai berikut:56
l = l0 .α. T………(2.2)
Keterangan :
l= Pertambahan panjang kawat (m) l0 = Panjang kawat mula-mula (m)
α = Koefisien muai panjang bahan (°C-1) T= Perubahan suhu (°C)
Muai luas adalah bertambahnya luas suatu benda diakibatkan karena kenaikan suhu benda. Pertambahan luas pada benda dapat dirumuskan sebagai berikut:57 ∆A= A0 .β.∆T………(2.3) Keterangan : ∆A= Pertambahan luas (m2) A0= Luas mula-mula (m2) 53
Marthen Kanginan,Fisika untuk SMA kelas X(Jakarta: Erlangga, 2007), h. 96.
54
I Made Astra.,Op. Cit. h. 173.
55
Karyono, Dewi satya Palupi, dan Suharyanto, Fisika untuk Kelas X SMA dan MA, (Jakarta : Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional), 2009.h. 117.
56
Marthen Kanginan.,Op. Cit.h. 97.
57
β = Koefisien muai luas (/°C)
∆T = Perubahan suhu (°C)
Dengan cara yang sama, pertambahan volume akibat pemuaian benda-benda yang nyata dapat dirumuskan sebagai berikut:58
∆V= V0 .γ.∆T………..(2.4)
Keterangan :
∆V = Pertambahan volume (m3) V0 = Volume mula-mula (m3) γ = Koefisien muai volume (°C-1)
∆T = Perubahan suhu (°C) b) Pemuaian Zat Cair
Zat cair mengalami pemuaian volume lebih besar dibandinglan pemuaian volume zat padat.pada umumnya benda memuia ketika dipanaskan, tetapi berbeda dengan air pada rentang suhu 0°C-4°C. Pada rentang ini, air akan menyusut ketika dipanaskan. Setelah melampaui suhu 4°C, air kembali berperilaku normal yakni memuai ketika dipanaskan.Dengan demikian air memiliki massajenis terbesar saat suhunya 4°C keunikan perilaku air ini disebut anomali air.59
c) Pemuaian Zat Gas
Seperti halnya zat padat dan cair, zat gas juga mengalami pemuaian. Pemuaian pada gas dipengaruhi oleh variabel-variabel suhu (T), volume (V), dan tekanan (P). Hal ini berkaitan dengan Teori kinetik gas yang akan dipelajari di kelas XI.60
2) Kalor
Kalor didefinisikan energi yang ditransfer dari satu benda ke yang lainnya karena adanya temperatur.61 Suatu benda mengalami kenaikan suhu karena benda tersebut menyerap kalor. Banyaknya kalor yang diserap oleh benda bergantung pada seberapa besar kenaikan suhu yang terjadi. Selain bergantung pada kenaikan
58
Ibid, h.100.
59
I Made Astra.,Op. Cit. h. 176.
60 Ibid, 61
suhu benda, kalor yang diserap benda juga bergantung pada massa benda dan bahan penyusun benda yang dapat dirumuskan melalui persamaan berikut:62
Q = mc∆T……….(2.5)
Keterangan :
Q = kalor yang diserap atau dilepas benda (J) m = massa benda (Kg)
c = kalor jenis benda (J.Kg-1°C-1)
∆T = Perubahan suhu (°C)
Pengaruh massa benda terhadap kalor yang diserap dapat diselidiki melalui percobaan berikut. Panaskan dua bejana di atas kompor, yang satu berisi 1 kg air dan yang satu lagi berisi 3 kg air. Kemudian ukurlah perubahan suhu kedua air tersebut. Terlihat bahwa air yang jumlahnya sedikit akan jauh lebih cepat bertambah suhunya dibandingkan dengan air yangjumlahnya banyak. Dengan kata lain, untuk menaikkan suhu air sampai rentang yang sama, air yang jumlahnya sedikit akan memerlukan kalor yang jumlahnya sedikit pula.63
a) Kalor Jenis
Kalor jenis adalah sifat khas suatu zat yang menunjukkan kemampuannya untuk menyerap kalor. Kalor jenis menunjukkan karakteristik suatu zat.64
=
. ………..(2.6)Keterangan :
Q = kalor (joule) m = massa benda (kg)
c = kalor jenis benda (J.kg-1°C-1)
∆T = perubahan suhu (°C)
b) Kapasitas Kalor
Kapasitas kalor didefinisikan sebagai banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu suatu benda sebesar 1°C.65 Secara matematis dapat disimpulkan sebagai berikut:66
62
Marthen Kanginan,Fisika untuk SMA kelas X,(Jakarta: Erlangga, 2007), h. 110.
63
I Made Astra.,Op. Cit. h. 179.
64
=
∆ = .∆ = . ………(2.7)
Keterangan :
Q = kalor (joule) m = massa benda (kg)
c = kalor jenis benda (J.kg-1°C-1) C = kapasitas kalor (J.°C-1)
∆T = perubahan suhu (°C) c) Perubahan Wujud Zat
Jika kalor diberikan pada suatu zat pada tekanan konstan,maka biasanya suhu zat akan naik. Namun, pada kondisi tertentu suatu zat dapat menyerap kalor dalam jumlah yangbesar tanpa mengalami perubahan pada suhunya.Hal ini menyebabkan perubahan wujud zat.67Fase perubahan wujud zat dapat dilihat pada Gambar 2.11 di bawah ini:
Gambar 2.11 Proses Perubahan Wujud
d) Kalor Laten
Kalor latenada dua jenis, yaitu kalor lebur dan kalor didih. Kalor lebur adalah kalor yang dibutuhkan untuk mengubah 1 kg zat dari zat padat menjadi cair. Sedangkan kalor didih adalah kalor yang dibutuhkan untuk merubah suatu zat dari fase cair ke uap.68
Q = m.L………(2.8)
65 Ibid.,
66
Karyono, Dewi satya Palupi, dan Suharyanto, Fisika untuk Kelas X SMA dan MA, (Jakarta: Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional, 2009),h. 111.
67
Ibid.h. 112.
68
I Made Astra,Fisika Untuk SMA dan MA Kelas X, (Jakarta: Piranti Darma Kalokatama, 2008), h. 183
Keterangan :
Q = kalor (joule)
L = kalor laten (J.kg-1°C-1s) m = massa (kg)
e) Azas Black
Pada peristiwa pencampuran dua zat yang berbeda suhunya, ada satu azas penting yang harus digunakan, yaitu azas black. Azas black menyatakan bahwa
:“Jika dua zat yang suhunya berbeda dicampur, zat yang suhunya tinggi akan melepaskan sejumlah kalor yang akan diserap oleh zat yang suhunya lebih rendah”. Pernyataan tersebut dapat dirumuskan sebagai berikut:69
Qlepas= Qterima………(2.9)
3) Perpindahan Kalor