BAB II KAJIAN PUSTAKA
A. Konsep Belajar
Belajar adalah suatu proses usaha yang dilakukan seseorang untuk memperoleh suatu perubahan tingkah laku yang baru secara keseluruhan sebagai hasil pengalamannya sendiri dengan interaksi dengan lingkungannya. 1 dari ini dapat diartikan bahwa lingkungan juga ambil andil dalam proses belajar seseorang dimana lingkungan dapat menjadi guru dan media belajar seseorang. Salah satu pertanda bahwa seseorang telah belajar sesuatu adalah adanya perubahan tingkah laku dalam dirinya. 2 Perubahan tingkah laku tersebut menyangkut perubahan yang bersifat pengetahuan (kognitif), keterampilan (psikomotorik), nilai dan sikap (afektif).
Pengetahuan yang dimiliki seseorang terkait erat dengan pengalamannya.3 Tanpa pengalaman seseorang tidak dapat membentuk pengetahuannya, sehingga dalam pembelajaran amatlah penting memberikan siswa pengalaman tentang suatu teori hingga siswa dapat membentuk sendiri pengetahuan. Dalam model sains teknologi masyarakat siswa diberikan suatu pengalaman nyata tentang kehidupan sehari – hari mereka yang berkaitan dengan materi sains yang akan dipelajari.
1
Slameto, belajar dan faktor – faktor yang mempengaruhinya, jakarta : rineka cipta, 2003, hlm 2 2
Siregar eveline dan nara hartini, Teori belajar dan pembelajaran bogor ntang suatu ba: ghalia 2010 hlm 3
3
Aunurahman belajar dan pembelajaran bandung : alfabeta 2008 hlm 13 9
B. Model Pembelajaran Sains Teknologi Masyarakat
Proses belajar sains sangat berkaitan erat dengan teknologi sebagai produk dari sains, dimana seseorang yang memiliki literasi sains dan teknologi adalah yang memiliki kemampuan menyelesaikan masalah menggunakan konsep – konsep sains yang diperoleh dalam pendidikan sesuai jenjangnya.4
Sains teknologi masyarakat merupakan sebuah model pembelajaran yang pertama kali digunakan di Eropa kemudian dikembangkan di Indonesia melalui Universitas Pendidikan Indonesia dengan penelitian yang panjang dan continue hingga akhirnya model ini dapat diadaftasikan kedalam pembelajaran di Indonesia, Sains teknologi masyarakat dapat menjadi umpan yang baik untuk menambah gairah belajar seseorang karena dalam model ini siswa dituntut untuk kreatif dan terbuka wawasannya terhadap teknologi yang tentunya berkaitan dengan dunia sains dan kehidupan masyarakat sehari – hari.
Sains teknologi masyarakat merupakan salah satu model pembelajaran yang tepat digunakan untuk menjelaskan materi – materi yang banyak kaitannya dengan kehidupan siswa terutama yang berkaitan dengan teknologi. Materi yang rumit seperti kalor bila hanya dijelaskan dengan bahasa ceramah akan menjadi sangat tekstual, maka dari itu berfikir kreatif siswa dalam pembelajaran menjadi alternatif dalam penelitian ini agar diperoleh keragaman kecerdasan tidak hanya hafalan tekstual tapi juga kreatifitas, secara singkat tahap – tahap pembelajaran sains teknologi masyarakat adalah sebagai berikut :
4
a. Invitasi
Pada tahap ini guru merangsang siswa mengingat atau menampilkan kejadian yang berkaitan dengan topik.
b. Eksplorasi
Pada tahap ini kegiatan yang dilakukan siswa merupakan upaya untuk mencari jawaban atau menguji jawaban sementara yang telah dibuat dengan mencari data data dari berbagai sumber belajar.
c. Penjelasan dan Solusi
Pada tahap ini siswa diajak untuk mengkomunikasikan gagasan yang diperoleh dari analisis informasi yang didapat, memberikan penjelasan baru, meninjau dan mendiskusikan solusi yang diperoleh, peran guru disini memadukan konsep siswa dengan para ahli sains dan meluruskan konsep siswa yang keliru.
d. Penentuan Tindakan
Pada tahap ini siswa diajak untuk membuat keputusan dengan mempertimbangkan penguasaan konsep sains dan keterampilan yang dimiliki untuk berbagai gagasan dengan lingkungan atau dalam kedudukan siswa sebagai pribadi anggota masyarakat.5
5
Sains teknologi masyarakat dikembang pertama kali oleh Robert Yager yang berasal dari Amerika, ia menyatakan bahwa ranah atau domain dalam sains teknologi masyarakat meliputi 6 ranah yaitu sebagai berikut : - Ranah konsep
Dimana siswa melakukan pembelajaran mengenai dasar atau landasan suatu teori.
- Ranah Proses
Meliputi hal – hal yang berhubungan dengan cara memperoleh ilmu atau produk sains, seperti melakukan observasi.
- Ranah kreatifitas
Meliputi kombinasi obyek dan ide atau gagasan dengan cara yang baru, masalah menyelesaikan masalah.
- Ranah sikap.
Meliputi sikap positif terhadap ilmu dan ilmuwan. - Ranah aplikasi.
- Ranah keterkaitan. 6
Ranah kreatifitas meliputi kelancaran, fleksibilitas, originalitas, elaborasi dan sensitivitas. Aspek yang terkandung dalam ranah kreatifitas diatas sama dengan indikator berfikir kreatif. Model pembelajaran Sains Tekhnologi Masyarakat memiliki beberapa kelebihan disamping kekurangan yang dimiliki, secara teoritis dapat dilihat pada tabel berikut :
6
Tabel 2.1 Keunggulan Dan Kelemahan Model Pemnbelajaran STM
Keunggulan Kelemahan
a. Pendekatan STM ditinjau dari tujuannya
1. Meningkatkan keterampilan proses sains, tetapi juga keterampilan inkuiri dan pemecahan masalah.
2. Menekankan cara belajar yang baik mencakup kognitif, afektik dan psikomotorik
a. Pendekatan STM ditinjau dari tujuannya
1. Bagi siswa yang kurang mampu
kurang Meningkatkan
keterampilan proses sains, tetapi juga keterampilan inkuiri dan pemecahan masalah.
2. Siswa yang kurang mampu tidak ada perubahan baik ranah kognitif, afektif dan psikomotorik
a. Pendekatan STM dari segi pembelajaran
1. menggunakan berbagai strategi
2. Menggunakan berbagai informasi, kerja lapangan serta interaksi antar manusia secara optimal
b. Pendekatan STM dari segi pembelajaran
1. Sulit menggunakan strategi apa yang cocok dengan pembelajaran.
2. Harus mencari berbagai sumber informasi
Indonesia pada tahun 2002 melalui departemen pendidikan nasional dalam hal ini direktorat pendidikan lanjutan pertama, mencanangkan suatu pendekatan pembelajaran yang dinamakan contextual Teaching and learning (CTL)7. CTL adalah pembelajaran dan pengajaran kontekstual yaitu mengaitkan pembelajaran dengan kehidupan sehari – hari melalui aplikasi dalam dunia nyata,8 demikian yang saat ini masih dilakukan oleh guru. Berbeda dengan CTL dalam sains teknologi masyarakat sangat ditekankan lingkungan atau sosial sebagai media belajar hingga terbentuk lah individu yang memiliki literasi sains dan teknologi serta memiliki kepedulian terhadap masalah masyarakat dan lingkungannya. 9
C.Peningkatan Berfikir Kreatif
Berpikir biasanya diasumsikan sebagai proses kognitif, suatu tindakan mental dengan pengetahuan yang dimilikinya sebagaimana dikutip Riyanto10 berfikir dapat dibedakan kedalam ciri kognifit dan nonkognitif kedalam ciri kognitif termasuk empat cara berfikir kreatif yaitu orisinalitas, flexibelitas, kelancaran dan elaborasi. Dalam ciri nonkognitif sama pentingnya dengan ciri-ciri kognitif karena tanpa ditunjang oleh kepribadian yang sesuai kreatifitas seseorang tidak akan berkembang secara wajar.
Proses berpikir kompleks dikelompokkan menjadi empat yaitu: pemecahan masalah, pengambilan sebagai kemampuan untuk membuat kombinasi dari pengetahuan-pengetahuan yang dimiliki sehingga menghasilkan
7
Poedjiadi sains teknologi masyarakat bandung : rosda karya hlm 2007 h.105
8
Elaine B johnson “CTL” bandung : kaifa 2011, h 9
Poedjiadi sains teknologi masyarakat bandung : rosda karya hlm 2007 h 123 10
kombinasi yang sesuai untuk menyelesaikan masalah.11 Dalam berfikir kompleks juga termasuk berfikir nonkognitif dan berfikir kognitif termasuk didalamnya kriteria berfikir kreatif.
Kreatifitas merupakan hal yang sangat penting dalam proses belajar mengajar, tidak hanya siswa guru pun dituntut untuk kreatif dimana guru dituntut untuk untuk mendemonstrasikan dan menunjukan proses kreatifitas, disini guru juga berperan sebagai pendorong kreatifitas siswa. Kreatifitas merupakan ciri aspek dunia kehidupan disekitar kita.12 Kreatifitas ditandai dengan menciptakan sesuatu yang belum ada atau kecenderungan untuk menghadirkan sesuatu.13 kreatifitas akan menunjukan apa yang dilakukan sekarang lebih baik dari sebelumnya dan yang akan datang akan lebih baik dari saat ini.
Berfikir kreatif dapat diindikasikan dalam indikator berikut : 1. Kemampuan berfikir lancar (Fluency).
2. Kemampuan berfikir luwes (Flexibility) 3. Kemampuan berfikir orisinil (Originality) 4. Kemampuan merinci (Elaboration) 5. Kemampuan menilai14
Model pembelajaran sains teknologi masyarakat seperti diuraikan diatas terdapat ranah kreatifitas yang menjadi salah satu fokus dalam ranah
11
Ali palaila, model inkuiri terbimbing untuk meningkatkan penguasaan konsep dan berfikir kreatif, Bandung : sekalolah pasca sarjana Universitas pendidikan indonesia. 2007 12
Mulyasa. Menjadi guru profesional menciptakan pembelajaran kreatif dan menyenangkan. Bandung: rosdakarya.2011
13 ibid 14
kajiannya.15 Ranah kretifitas meliputi kombinasi obyek dan ide atau gagasan dengan cara yang baru dan menyelesaikan masalah. Para orang tua mendefinisikan anak cerdas adalah anak yang memiliki inteligen (IQ) tinggi, cepat menghafal dan tau segalanya, namun kini makin disadari bahwa yang menentukan bakat tidak hanya intelegensi (kecerdasan) melainkan juga kreatifitas dan motivasi untuk berprestasi (definisi Renzuli tentang keberbakatan). 16
Kecerdasan dan kreatifitas seringkali dihubungkan, kreatif lebih bersifat intuitif atau konvergen sedangkan kecerdasan analitif lebih bersifat logis atau divergen. Pendapat yang mengatakan bahwa siswa yang tingkat kecerdasannya tinggi berbeda – beda kretifitasnya dan siswa yang kreatifitasnya tinggi berbeda – beda pula kecerdasannya, hal ini karena berfikir analisis dan berfikir kreatif berbeda. Siswa yang tinggi tingkat kecerdasannya tidak selalu menunjukan tingkat kreatifitas yang tinggi dan banyak siswa yang tinggi kreatifitasnya tidak selalu tinggi tingkat kecerdasannya.17
D. Kalor
Pengertian kalor secara sederhana di artikan sebagai salah satu energi yang berpindah, selanjutnya kalor dapat dijabarakan sebagai energi yang berpindah dari benda bersuhu lebih tinggi ke benda bersuhu lebih rendah ketika kedua benda bersentuhan18. Istilah kalor pertama kali dikenalkan oleh antonie Laurent Lavoiser (1743 – 1794), seorang ahli kimia berkebangsaan jerman.
15
Poedjiadi Anna. Sains Teknologi masyarakat. Jakarta : Rosda karya 2000 16
Munandar utami, pengembangna kreatifitas anak berbakat jakarta : pusbuk depdiknas 2004 17
Yatim riyanto. Paradigma baru pembelajaran jakarta : kencana. 2009 18
Kalor berbeda dengan suhu dan panas. Suhu adalah derajat panas, sedangkan panas merupakan suatu bentuk energi yang menyebabkan suhu benda naik.19 Kalor adalah energi yang diterima atau dilepas oleh suatu zat sehingga suhu zat tersebut naik atau turun atau bahkan berubah wujudnya.
Kalor dinyatakan dalam satuan kalori, satu kalori didefinisikan sebagai jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikan suhu satu gram air sebesar 10C. 20 Kalor adalah energi, maka dalam satuan SI kalor dinyatakan dalam joule (J).21 Berdasarkan percobaan yang dilakukan oleh james presscott Joule diperoleh kesetaraan antara joule dan kalor yaitu 1 kalori = 4,186 joule nilai ini dikenal dengan tara kalor mekanik :
4,186 J = 1 kal 4,186 x 103 J =1 kkal22
1. Kalor Dapat Mengubah Suhu zat/benda
Kalor adalah energi yang berpindah karena adanya perbedaan suhu. Dengan kata lain jika ada perbedaan suhu antara dua benda maka akan terjadi perpindahan kalor.23 Perpindahan kalor pada umumnya lebih mudah diamati jika terjadi kontak langsung antara kedua benda yang berbeda suhu.
Benda – benda yang bersuhu lebih rendah dari pada lingkungannya akan menerima kalor dari lingkungan sehingga suhunya mendekati lingkungan. Saat membiarkan es diruang terbuka maka lama kelamaan es akan men cair dan suhunya akan mendekati suhu lingkungan.
19
Tim penyusun, IPA untuk SMP/MTs, Surabaya: JP Books, 2010 h.144
20
Supiyanto fifisa untuk SMA Kls X Jakarta: phibeta. 2007 h.156 21
Ibid
22
Giancoli. Fisika jilid 1.jakarta : earlangga 2001 h 490
23
Benda yang menerima atau melepas kalor pada umumnya mengalami perubahan suhu, dengan demikian dapat disimpulkan bahwa kalor dapat mengubah suhu benda. Penambahan kalor (Q) pada suatu benda sebanding dengan kenaikan suhu (∆T) benda itu. Artinya jika kalor ditambahkan menjadi dua kali lipat pada suatu benda maka suhu benda tersebut juga akan menjadi dua kali lebih besar. Kalor yang diberikan juga sebanding dengan massa (m)
Kalor dapat mengubah suhu atau zat / benda, jika air yang mula – mula dingin dipanaskan maka air akan mendidih hingga menguap, begitu pula es batu yang suhunya rendah bila dibiarkan dalam ruang terbuka hingga es menerima kalor maka lama kelamaan es akan menjadi cair. Besar kalor (Q) yang diserap benda adalah sebanding dengan massa benda (m), bergantung pada kalor jenis benda(c), dan sebanding dengan kenaikan suhu benda itu.24 Secara matematis dituliskan :
Q = m c ∆T25
Keterangan : Q = banyak kalor yang diterima atau dilepas (J) m = massa zat (Kg)
c = kalor jenis zat (J/kg 0C)
∆T = kenaikan atau penurunan suhu zat (0C) T0 = suhu mula – mula zat (0C)
T1 = suhu akhir zat (0C)
Berdasarkan uraian diatas dapat disimpulkan bahwa kalor yang diberikan pada suatu zat :
24
Taranggono DKK, fisika 2 SLTP. Jakarta : bumi aksara.2003 h7 25
1. Sebanding dengan kenaikan suhu zat (∆T)
2. Sebanding dengan massa (m) 3. Sebanding dengan kalor jenis zat(c)
2. Kalor Jenis
Benda mempunyai sifat yang khas, karenanya diperlukan suatu ketetapan yang dapat menunjukan kekhasan suatu zat. Tetapan kekhasan suatu zat disebut dengan kalor jenis yang dilambangkan dengan c dimana kalor jenis suatu zat yang adalah banyaknya kalor yang diperlukan oleh 1 kg zat untuk menaikan suhu sebesar 10C nilai. c disini bergantung pada jenis zat seperti pada tabel berikut :
Tabel 2.1 Kalor jenis berbagai benda
Zat Kalor jenis
Kkl/kgo C J/ kgo C Air Raksa Alkohol Alumunium Besi Emas Es Granit Kaca Kayu Perak Tembaga Timah Tubuh manusia 1,00 0,033 0,58 0,22 0,11 0,03 0,5 0,19 0,20 0,42 0,056 0,093 0,030 0,83 4,19 x 103 1,4 x 102 2,43 x 103 9,2 x 102 4,6 x 102 1,3 x 102 2,09 x 103 8,0 x 102 8,4 x 102 1,76 x 103 2,3 x 103 3,9 x 102 1,3 x 102 3,47 x 103
Teko yang berisi air ketika dipanaskan, makin besar nyala api makin besar kalor yang diberikan api pada air dalam teko. Tentu saja kenaikan suhu air lebih besar dalam selang waktu yang sama. Hubungan antara kalor yang diberikan (Q) dengan kenaikan suhu (
T) adalah sebanding.26 Semakin banyak kalor yang diberikan semakin besar kenaikan suhunya yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini:Gambar 2.1 Air yang dipanasakan dalam teko.
Fenomena lain dapat dilihat pada bejana kaca tahan api yang digunakan untuk memanaskan 300 mL air dan 600 mL air dengan nyala api yang sama dan suhu awalnya sama. Dalam selang waktu yang sama, secara logika, tentu wadah yang berisi 300 mL air lebih cepat panas karena massa air lebih kecil maka jumlah molekulnya lebih sedikit, seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini:
26
Agus. T, dkk, Fisika Untuk SLTP Kelas 2 Kurikulum 1994 Semester 1 dan Semester 2, Jakarta: Bumi Aksara, 1999, hal.5
Gambar 2.2 Perbandingan jumlah Massa dengan kenaikan suhu
Hubungan antara kalor (Q) dan massa air (m) adalah sebanding.27 Semakin besar massa air yang dipanaskan, semakin banyak kalor yang dibutuhkan. Secara matematis percobaan di atas dapat ditulis : Q = m
T
.28 Kegiatan di atas terjadi hanya pada satu jenis zat, yaitu air.Kalor (Q) yang sama diberikan pada sejumlah massa yang sama dari dua jenis zat yang berbeda, ternyata memanaskan 1 kg air dengan kenaikan suhu 1℃ memerlukan kalor hampir 5 kali dari memanaskan 1kg minyak goreng dengan kenaikan suhu yang sama. Seperti pada gambar di bawah ini:
27
Agus. T, dkk, Fisika Untuk SLTP Kelas 2 Kurikulum 1994 Semester 1 dan
Semester 2, Jakarta: Bumi Aksara, 1999, hal, hal.6
28
Sulami emi DKK, ilmu pengetahuan alam untuk SMP/ MTs surabaya : JePe media utama. 2010 h.14
Gambar 2.3 Memasak kue dengan minyak goreng.
Kalor yang dibutuhkan untuk memasakan suatu zat selain faktor m
dan
T, kalor (Q) juga bergantung pada jenis zat, yang kemudian dikenal dengan kalor jenis zat (c) 29. Kalor yang diserap/dilepaskan secara matematis dapat ditulis:Q = mc
Tatau
Q = m. c. (t2 − t1) 30
Keterangan: Q = banyak kalor yang dibutuhkan (J atau kal)
m = massa benda (kg)
c = kalor jenis benda (J/kg K)
T = kenaikan suhu benda (K)Kalor jenis dapat didefinisikan sebagai kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 kg suatu zat sebesar 1 K atau 10C. Dari persamaan di atas untuk kalor jenis31 secara matematis dapat dijabarkan sebagai berikut:
29
Marthen Kanginan, IPA Fisika Untuk SMP Kelas VII, Jakarta: Erlangga, 2006, hal.134
30
Dian cipta sari, bahas rumus fisika, Jakarta : Trans Media, 2010 h. 66 31
Marthen Kanginan, IPA Fisika Untuk SMP Kelas VII, Jakarta: Erlangga, 2006 hal 134
c = Q/m.
T32Keterangan: c = kalor jenis benda (J/kg K)
Q = banyak kalor yang dibutuhkan (J atau kal)
m = massa benda (kg)
T = kenaikan suhu benda (K)33Energi panas bila ditambahkan pada suatu zat, maka temperatur itu akan naik, misalnya: air satu panci yang dipanaskan hingga mendidih memerlukan kalor tertentu. Jumlah energi panas Q yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu suatu zat adalah sebanding dengan perubahan temperatur dan massa zat itu.34 Secara matematis dapat ditulis:
C = Q/
T... 35Keterangan: C = kapasitas kalor (J/kg K)
Q = banyak kalor yang dibutuhkan (J atau kal)
T = kenaikan suhu benda (K) atau (C)363. Pengaruh Kalor Terhadap Perubahan Wujud Zat
Benda (suatu zat) pada umumnya jika diberi kalor terus menerus, maka dalam waktu tertentu zat tersebut wujudnya akan berubah menjadi
32
Dian cipta sari, bahas rumus fisika, Jakarta : Trans Media, 2010 h. 66
33
Dian cipta sari, bahas rumus fisika, Jakarta : Trans Media, 2010 h. 66 34
Paul A.Tippler, Fisika Untuk Sains dan Teknik Edisi Ketiga Jilid 1, Jakarta: Erlangga, 1998, al.598
35 Ibid 36
wujud yang lain. Perubahan wujud zat pada prinsipnya merupakan suatu proses reversibel (prosesnya dapat dibalik). Pada saat terjadi perubahan wujud zat, ternyata tidak terjadi kenaikan suhu meskipun pada zat tersebut ada kalor yang diberikan. Kalor yang ada digunakan untuk mengubah wujud zat, misalnya dari padat menjadi cair, bila diamati tidak nampak adanya pengaruh kalor (yang biasanya ditandai dengan perubahan suhu) disebut kalor laten (artinya kalor tersembunyi) dan dilambangkan dengan L.37
Diagram perubahan wujud zat ditunjukkan pada Gambar 3.5. di bawah ini: 1 2 4 5 5 6 3
Gambar 2.4 Perubahan Wujud Zat
Keterangan:
1 = Menyublim 2 = Mengembun 3 = membeku 4 = Deposisi 5 = Menguap 6 = Mencair a. Melebur dan Membeku
Melebur adalah perubahan wujud zat dari padat menjadi cair. Pada saat melebur.38 Seperti pada gambar di bawah ini:
37
Supiyanto, Fisika UntukSMU/MA…, hal.160 38
Mikrajuddin. A, Fisika 1 B…, hal. 97 GAS
Gambar 2.5 Proses Melebur dan Membeku
Zat memerlukan kalor meskipun tidak mengalami kenaikan suhu. Titik lebur adalah suhu pada waktu zat melebur.39 Kalor yang diperlukan untuk mengubah 1 kg zat padat menjadi cair dinamakan kalor laten lebur atau kalor lebur. 40 Kalor yang dilepaskan pada waktu zat membeku dinamakan kalor laten beku atau kalor beku. Untuk zat yang sama, kalor lebur sama dengan kalor bekunya. Selanjutnya kedua jenis kalor laten ini kalor lebur diberi simbol Lf. Jika banyak kalor yang diperlukan oleh zat bermassa m kg
untuk melebur adalah Q joule, maka sesuai definisi di atas secara matematis dapat ditulis:41 Lf = ... atau ... Q = m.Lf Keterangan: Q = kalor (J) m = massa (kg) Lf = kalor lebur (J/kg) 39
Mikrajuddin. A, Fisika 1 B…, hal. 97 40
Supiyanto, Fisika UntukSMU/MA…, hal.148 41
b. Menguap, Mendidih, dan Mengembun
Menguap adalah perubahan wujud dari cair menjadi uap (gas).42 Menguapkan suatu zat cair memerlukan kalor, misalnya spiritus atau alkohol diteteskan pada tangan. Spiritus akan menguap dengan cepat dan tangan akan terasa dingin. Untuk menguap cairan spiritus memerlukan kalor. Kalor tersebut diambil dari tangan sehingga tangan terasa dingin karena kalor mengalir meninggalkan tangan. Contoh lain, air dipanasakan akan mendidih kemudian menguap. Seperti pada gambar di bawah ini:
Gambar 2.6 Penguapan pada Air
Faktor-faktor yang dapat mempercepat proses penguapan antara lain:43(1). Pemanasan, (2). Tiupan udara di atas permukaan, (3). Memperluas permukaan, dan (4). Mengurangi tekanan di permukaan. Seperti pada gambar dibawah ini:
42
Supiyanto, Fisika UntukSMU/MA…, hal.159 43
Marthen Kanginan, IPA Fisika Untuk SMP Kelas VII, Jakarta: Erlangga, 2006, hal.139
Gambar 2.7 Faktor-Faktor yang Mempercepat Penguapan
Mendidih adalah suatu peristiwa lain yang memperlihatkan bahwa pada waktu menguap diperlukan kalor. Jika penguapan terjadi di permukaan zat cair saja yang dapat terjadi pada setiap suhu, maka mendidih adalah penguapan yang terjadi di seluruh bagian zat cair akibatnya dimana-mana timbul gelembung yang kemudian naik dan hanya terjadi pada titik didih.44 Pada waktu mendidih suhu zat tetap, sekalipun pemanasan terus dilakukan.
Kalor yang diberikan pada zat digunakan untuk mengubah wujud dari cair menjadi wujud uap. Suhu tetap ini disebut titik didih yang besarnya sangat bergantung pada tekanan di permukaan zat itu. Titik didih zat pada tekanan 1 atm desebut titik didih normal. Kalor yang diperlukan untuk mengubah wujud 1 kg zat cair menjadi uap pada titik didih normalnya disebut kalor laten uap atau kalor uap. Kalor uap disebut juga kalor didih. Zat yang berubah wujud dari gas menjadi cair maka zat tersebut melepaskan kalor. Kalor yang dilepaskan untuk mengubah 1 kg uap menjadi cair pada titik didih normalnya dinamakan kalor laten embun atau kalor embun. Dari kedua istilah tersebut yang paling sering digunakan adalah kalor uap/ kalor embun (diberi
44
Marthen Kanginan, IPA Fisika Untuk SMP Kelas VII, Jakarta: Erlangga, 2006, hal.141
simbol Lv). Banyak kalor yang diperlukan untuk mendidihkan zat bermassa m
kg adalah sebagai berikut:45
Lv = atau Q = m.Lv Keterangan: Q = kalor (J) m = massa (kg) Lv = kalor didih (J/kg)
Mengembun adalah proses kebalikan dari penguapan, yaitu perubahan wujud dari gas ke cair.46 Jika uap air yang terjadi karena penguapan air (laut, sungai dan sebagainya) memasuki udara dingin, uap air dapat kembali ke wujud cair sebagai tetes-tetes air yang menggantung di udara. Seperti pada gambar di bawah ini:
Gambar 2.8 Uap air yang naik ke atas, dan ketika memasuki udara dingin
45
Ibid
46
c. Menyublim
Suatu zat kadang-kadang dapat berubah wujud dari padat langsung menjadi gas, proses ini disebut menyublim sebagai contoh kamper.47 Kebalikan dari proses menyublim adalah deposisi yakni perubahan wujud dari gas menjadi padat, misalnya pembentukan salju di atmosfer.48
4. Azas Black
Secangkir air teh panas didinginkan biasanya dilakukan dengan mencampurkan air dingin ke dalam teh panas tersebut. Setelah keseimbangan termal tercapai, diperoleh air hangat, seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini:
Gambar 2.9 Petukaran Kalor Pada Zat
Air panas dalam pencampuran diatas melepaskan energi sehingga suhunya turun dan air dingin menerima energi sehingga suhunya naik. Jika Pertukaran kalor hanya terjadi antara air panas dan air dingin (tidak ada
47
Supiyanto, Fisika UntukSMU/MA………, hal.160 48
Marthen Kanginan, IPA
kehilangan kalor ke udara sekitar dan ke cangkir), maka sesuai dengan prinsip kekekalan energi: kalor yang dilepaskan oleh air panas (Qlepas) sama dengan kalor yang diterima air dingin (Qterima).49
Qlepas = Qterima Qlepas = m c (T1 – T2) Qterima = m c (T2 – T1)50
Keterangan: Qlepas = Energi panas yang keluar atau yang dilepas Qterima= Energi panas yang masuk atau yang diterima m = massa zat
c = massa jenis zat T1 = Temperatur awal T2 = T emperatur akhir
Prinsip kekekalan energi pada pertukaran kalor, pertama kali diukur oleh Joseph Black seorang ilmuwan Inggris.51 Oleh karena itu prinsip kekekalan energi atau persamaan dikenal dengan asas Black.
5. Perpindahan Kalor
Benda panas jika disentuhkan dengan benda dingin, tak lama kemudian suhu benda panas turun sedangkan suhu benda dingin naik. Hal ini
49
Paul A. Tippler, Fisika Untuk Sains ………...……...,
hal.601
50
Marthen kanginan fisika SMA jakarta : earlangga. 2006 h 87
51
Sulami emi DKK, ilmu pengetahuan alam untuk SMP/ MTs surabaya : JePe media utama. 2010 h.14
terjadi karena benda panas memberikan kalor kepada benda dingin. Jadi kalor berpindah dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah, ditunjukkan pada Gambar berikut ini:52
Gambar 2.10 Kalor Berpindah dari Suhu Tinggi ke Suhu Rendah Perpindahan kalor pada suatu zat dapat terjadi melalui tiga cara, yaitu perpindahan secara konduksi (hantaran), perpindahan secara konveksi (aliran), dan perpindahan secara radiasi (pancaran).
a) Perpindahan Kalor Secara Konduksi
Proses perpindahan kalor secara konduksi adalah perpindahan kalor melalui suatu zat tanpa disertai perpindahan partikel zat tersebut.53 Sebuah sendok logam yang diletakan ke dalam cangkir berisi air teh panas, ujung sendok yang tidak tercelup dalam air akan terasa panas walaupun ujung sendok yang dipegang tidak bersentuhan langsung dengan air panas. Pada proses perpindahan kalor dari bagian sendok yang panas ke ujung sendok yang dingin tanpa perpindahan partikel zat logam dalam sendok. Pemanasan pada ujung zat menyebabkan partikel-partikel pada ujung itu bergetar lebih cepat dan suhunya naik, ditunjukkan pada Gambar berikut.
52
Paul A. Tippler, Fisika Untuk Sains, hal.159 53
Gambar 2.11 Perpindahan Kalor Konduksi
Partikel-partikel dengan energi kinetik lebih besar ini memberikan sebagian energi kinetiknya pada partikel-partikel tetangganya secara terus menerus.54 Pada contoh diatas, kalor dipindahkan melalui elektron-elektron bebas yang terdapat dalam struktur atom logam. Oleh karena elektron bebas mudah berpindah, pertambahan energi ini dengan cepat dapat diberikan ke elektron-elektron lain yang letaknya lebih jauh melalui tumbukan. 55
b) Perpindahan Kalor Secara Konveksi
Perpindahan kalor secara konveksi adalah proses perpindahan kalor disertai dengan pergerakan molekul dari satu tempat ke tempat yang lain.56 Air yang diberi zat warna (kristal kalium permanganat) dipanasi, massa jenis air pada bagian itu menjadi lebih kecil karena memuai, sehingga air bergerak naik ke atas dan tempatnya digantikan oleh air dingin yang massa jenisnya lebih besar.57
54
Marthen kanginan fisika SMA kelas X jakarta : earlangga. 2006 h 87 55
Ibid 56
Douglas. C. Giancoli, Fisika Edisi .……….., hal.504 57
Marthen Kanginan IPA Fisika SMA...,hal 89 Partikel bergerak cepat
Partikel bergerak lambat Aliran kalor
Gambar 2.12 Konveksi Alami dalam Zat Cair
Perpindahan kalor secara konveksi dapat terjadi dengan dua cara yaitu konveksi alamiah oleh pemberian kalor akibatnya memuai sehingga massa jenisnya kecil lalu bergerak naik dan konveksi paksa oleh pemberian usaha.58 Contoh konveksi alamiah adalah pemanasan air dalam panci, aliran udara pada ventilasi rumah, angin darat dan angin laut sedangkan konveksi paksa seperti kipas angin atau baling-baling, pompa, blower, dan pengering rambut (hair dryer). Konveksi dalam keseharian adalah konveksi udara yang terjadi sewaktu membakar sampah, konveksi alami udara juga terjadi pada sistem ventilasi rumah dan peristiwa angin laut dan angin darat.
c) Perpindahan Kalor Secara Radiasi
Kalor dari matahari dapat sampai ke bumi melalui ruang hampa tanpa zat perantara disebut radiasi.59 Seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini:
58
Supiyanto, Fisika untuk SMU/MA, Jakarta: Phibeta, 2006, hal.164 59
Mikrajuddin. A, Fisika 1 B………., hal. 506 kristal kalium permanganat
Gambar 2.13 Perpindahan Kalor Secara Radiasi
Perpindahan kalor dapat terjadi melalui ruang hampa karena energi kalor dibawa dalam bentuk gelombang elektromagnetik. Hanya sebagian kecil saja dari spektrum gelombang elektromagnetik yang diamati langsung oleh indera mata yaitu cahaya tampak, sedangkan bagian yang lain tidak dapat diamati secara langsung.
Kalor radiasi dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti yang dinyatakan Stefan-Boltzmann bahwa energi yang dipancarkan oleh suatu 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 (T4).
Perpindahan kalor secara radiasi dapat dilihat pada contoh lainnya dalam kehidupan sehari-hari kita, misalnya jika kita berdiri di dekat api unggun, perapian, tungku pemanas, dan semacamnya, maka kita akan merasakan panas. Panas yang kita rasakan tidak dihantarkan melalui udara karena udara termasuk konduktor kalor yang buruk. Panas tersebut juga tidak dipindahkan secara konveksi karena udara yang panas akan mengalir ke atas, bukan ke samping.
Penerapan konsep perpindahan kalor dalam kehidupan sehari-hari yaitu:60
1. Termos merupakan peralatan rumah tangga yang dapat mencegah perpindahan kalor secara konduksi, konveksi, maupun radiasi.
Gambar 2.14
Termos Mengurangi Kehilangan Kalor secra Konduksi, Konveksi, dan Radiasi.
2. Setrika memindahkan kalor ke pakaian yang disetrika secara konduksi. 3. Panci umumnya terbuat dai bahan logam agar dapat memasak bahan
makanan dengan cepat dan aman, karena bahana logam mampu mengalirkan kalor secara konduksi.
4. Pada tungku-tungku pemanas yang menggunakan kayu bakar selalu dibuat cerobong yang tinggi, selain untuk mengeluarkan asap cerobong itu berfungsi juga untuk mengalirkan udara. Agar asap ikut naik keatas sehingga mengurangi panas dan kalor dialirkan secara konveksi.
60
