Pertemuan Ke-1
Kelompok 2
Anggota Kelompok : 1. Astri
2. Fannisya 3. Firdy 4. M. Azka 5. M. Faiq 6. Regia
Mata Pelajaran : Fisika Hari, Tanggal : Kamis, 18 Januari 2024
LEMBAR KERJA PESERTA DIDIK SUHU DAN KALOR
KALOR JENIS ZAT A. Tujuan Pembelajaran
Peserta didik mampu menganalisis pengaruh kalor jenis pada benda.
B. Permasalahan
Perhatikan demonstrasi percobaan virtual yang diberikan!
Energy Forms and Changes (colorado.edu)
Terdapat dua gelas ukur yang berisi minyak dan air. Kedua cairan tersebut dipanaskan dengan suhu tertentu dalam waktu yang sama. Menurutmu zat cair manakah yang lebih cepat panas?
C. Pengumpulan Data
1. Setelah mengamati peristiwa tersebut, tentukan setiap variabel bebas, variabel terikat, dan variabel kontrol di setiap percobaan!
Variabel bebas : Air dan Minyak
• Variabel bebas : variabel yang akan diuji pengaruhnya atau variabel yang akan mempengaruhi variabel terikat.
• Variabel kontrol : variabel yang dijaga konstan atau tidak akan diubah-ubah
• Variabel terikat : variabel yang akan dilihat hasilnya setelah dipengaruhi oleh variabel bebas.
Variabel kontrol : Kompor (suhu panas pada apinya) Variabel terikat : Termometer Suhu
2. Buatlah rumusan masalah sesuai dengan peristiwa yang telah kalian amati!
1. Apabila minyak dan air dipanaskan secara bersamaan, manakah yang akan mengalami kenaikan suhu yang lebih cepat? Mengapa demikian?
2. Diantara air dan minyak, manakah diantara kedua zat tersebut yang lebih cepat mencapai titik didih? Mengapa?
3. Bagaimanakah keadaan suhu setiap benda sebelum dan sesudah dipanaskan?
4. Apakah ketika air dan minyak menerima panas yang sama, kedua zat tersebut mengalami perubahan wujud? Mengapa?
5. Apakah jenis benda berpengaruh terhadap kalor yang diterima suatu benda? Jelaskan!
6. Bagaimanakah pengaruh kalor terhadap perubahan suhu?
7. Bagaimanakah pengaruh kalor terhadap suatu benda?
8. Bagaimana hubungan antara waktu pemanasan dengan suhu air dan suhu minyak?
9. Bagaimana hubungan antara kenaikan suhu air dan suhu minyak terhadap massa air dan massa minyak?
3. Berdasarkan rumusan masalah yang sudah dibuat, maka tulislah hipotesis untuk membuktikan hubungan antara variabel yang sudah kamu tentukan!
1. Diantara minyak dan air yang dipanaskan secara bersamaan, yang akan mengalami kenaikan suhu yang lebih cepat adalah minyak. Faktor-faktor yang dapat
mempengaruhi kenaikan atau penurunan suhu:
• Massa
Semakin besar massa, maka suhu akan lebih lambat mengalami kenaikan.
• Kalor
Semakin besar kalor yang diberikan, maka suhu akan cepat naik.
• Kalor jenis benda
Semakin besar kalor jenis benda, maka semakin sulit suhu untuk meningkat.
Dari pernyataan diatas, maka ditinjau dari kalor jenisnya, air memiliki
kalor jenis sebesar 1 kkal/kg°C , sedangkan kalor jenis minyak adalah 0,52 kkal/kg°C.
Kalor jenis air lebih besar dari minyak, sehingga minyak lebih cepat mengalami kenaikan suhu dibandingkan air.
2. Diantara air dan minyak, air akan lebih cepat mencapai titik didih, walaupun minyak lebih cepat dalam mengalami kenaikan suhu akan tetapi minyak juga memiliki titik didih yang lebih tinggi dibandingkan dengan air sehingga memerlukan waktu yang lebih lama untuk mencapai titik didih. Air memiliki titik didih 100°C, sedangkan minyak memiliki titik didih sekitar 175°C. - 325°C.
3. Keadaan suhu setiap benda sebelum dan sesudah dipanaskan, antara lain :
• Air
Sebelum air dipanaskan, keadaan suhu pada air rendah. Namun, setelah air dipanaskan dengan api, air tersebut mengalami kenaikan suhu walaupun kenaikan suhunya lebih lambat dari kenaikan suhu minyak.
• Minyak
Sebelum dipanaskan, suhu pada minyak rendah. Tetapi, setelah dipanaskan, keadaan suhu minyak tersebut meningkat dan kenaikan suhu pada minyak lebih cepat dibandingkan dengan kenaikan suhu pada air yang dipanaskan juga.
• Besi
Sebelum dipanaskan, keadaan suhu besi rendah. Kemudian saat setelah besi dipanaskan, besi tersebut mengalami kenaikan suhu.
• Batu Bata
Sebelum dipanaskan, keadaan suhu besi rendah. Kemudian saat setelah besi dipanaskan, besi tersebut mengalami kenaikan suhu.
4. Iya, kedua air dan minyak tersebut mengalami perubahan wujud ketika dipanaskan.
Perubahan wujud benda terjadi karena suatu benda dipanaskan atau didinginkan dengan suhu tertentu. Air dan minyak mengalami perubahan wujud menjadi menguap ketika dipanaskan dengan waktu yang lama hingga suhunya meningkat. Menguap adalah peristiwa perubahan wujud dari zat cair menjadi gas yang memerlukan kalor.
5. Iya. Karena salah satu faktor yang memengaruhi banyaknya kalor yang diterima atau dilepaskan adalah jenis zat (kalor jenis benda). Kalor jenis adalah banyaknya kalor yang diserap atau diperlukan oleh 1 kg zat untuk menaikkan suhu sebesar 1⁰C, atau bisa juga diartikan sebagai kemampuan suatu benda untuk melepas atau menerima kalor. Masing-masing benda mempunyai kalor jenis yang berbeda-beda.
6. Perubahan suhu (ΔT) merupakan faktor yang sudah pasti memengaruhi banyaknya kalor. Karena, suhu akan naik jika menyerap kalor dan turun jika melepaskan kalor.
Semakin lama pemanasan, artinya kalor yang diterima suatu zat semakin besar dan suhu zat tersebut semakin tinggi. Artinya, besarnya kalor (Q) yang diberikan pada sebuah benda sebanding dengan kenaikan suhu benda itu (ΔT).
7. Pengaruh kalor terhadap suatu benda diantaranya :
• Pengaruh Kalor terhadap Suhu Benda
Kalor atau panas merupakan suatu bentuk energi, sedangkan suhu merupakan ukuran atau tingkat panas benda. Pada umumnya, suhu akan naik jika menyerap kalor dan turun jika melepaskan kalor. Semakin lama pemanasan, artinya kalor yang diterima suatu zat semakin besar dan suhu zat tersebut semakin tinggi.
• Pengaruh Kalor terhadap Perubahan Fisik Benda
Kalor dapat merubah fisik suatu benda dengan membuatnya membeku, mencair, menguap, menyublim, dan mengembun. Contohnya adalah es krim yang awalnya padat berubah menjadi cair karena terkena kalor dari Matahari. Kemudian besi padat yang meleleh menjadi cair karena diberi kalor dengan suhu 6000 derajat celcius. Begitu juga kayu yang padat setelah dibakar oleh kalor dari api berubah menjadi abu.
• Pengaruh Kalor terhadap Perubahan Volume Benda
Contoh kalor yang memengaruhi perubahan volume benda adalah air minum dalam kemasan yang tidak pernah tersisi penuh. Hal ini dilakukan agar saat air tersebut terkena panas Matahari, masih ada ruang untuk volumenya bertambah dan botol tidak rusak.
Jika kalor diberikan kepada benda, kalor tersebut dapat menyebabkan benda memuai sehingga volumenya bertambah. Misalnya rel kereta api yang terkena panas Matahari secara terus-menerus. Pada jalur rel kereta api, diberikan sedikit celah untuk rel logam rel tersebut memuai. Tanpa adanya celah, rel dapat rusak dan mengakibatkan kecelakaan kereta.
8. Hubungan antara waktu pemanasan dengan suhu air dan suhu minyak adalah ketika suatu zat dipanaskan, maka saat waktu pemanasannya semakin lama, perubahan suhunya akan semakin besar juga. Sehingga, dapat kita ketahui bahwa saat waktu pemanasannya semakin lama, maka semakin besar juga kalor yang diterima oleh air dan minyak. Maka dapat disimpulkan, saat kalor yang diterima suatu zat semakin besar, maka perubahan suhu juga semakin besar. Hal ini menunjukkan bahwa, perubahan suhu (ΔT) yang dihasilkan berbanding lurus dengan kalor yang diterima bendanya (Q).
9. Hubungan antara kenaikan suhu air dan suhu minyak terhadap massa air dan massa minyak adalah semakin besar massa air atau minyak yang dididihkan semakin besar pula energi panas yang dibutuhkan. Sehingga dalam memanaskan air atau minyak tersebut membutuhkan waktu yang lebih lama. Semakin lama waktu memanaskan air, maka akan semakin berkurang massanya dikarenakan penyerapan kalor yang semakin banyak seiring dengan temperatur air yang meningkat.
4. Jika disediakan alat dan bahan di bawah ini untuk membuktikan hipotesismu, maka rancanglah langkah-langkah percobaan untuk mendapatkan data dalam percobaan ini!
Alat dan Bahan
No. Alat dan Bahan 1. Gelas ukur
2. Termometer 3. Stopwatch 4. Kaki tiga 5. Bunsen 6. Kasa perata 7. Spirtus 8. Air
9. Minyak goreng Petunjuk Percobaan
1. Siapkan alat dan bahan yang dibutuhkan untuk melakukan percobaan tersebut.
2. Tuangkan air ke dalam gelas ukur.
3. Letakkan gelas kimia yang berisi air diatas kaki tiga dengan menggunakan alas kawat kasa.
4. Masukkan thermometer ke dalam air.
5. Panaskan air dengan menggunakan pembakar spiritus selama 5 menit.
6. Amati suhu air setiap selang waktu 1 menit dan catat hasil pengamatan dalam bentuk tabel.
7. Kemudian gambarlah grafik berdasarkan data yang diperoleh.
8. Masukkan thermometer ke dalam gelas ukur tersebut dan panaskan dengan pembakar spritus selama 5 menit. Kemudian, catat suhu air tersebut.
9. Lakukan kembali Langkah 5 dan 6 menggunakan air dengan massa yang berbeda-beda.
Catat Hasil pengamatan dalam bentuk tabel. Kemudian gambarkan grafik antara perubahan suhu terhadap massa.
10. Selanjutnya, siapkan dua buah gelas ukur yang berbeda. Tuangkan sekitar 0,5 kg air dan 0,5 kg minyak goreng ke dalam masing-masing gelas kimia dan catatlah suhu awalnya (air dan minyak goreng).
11. Masukkan thermometer ke dalam masing-masing gelas kimia yang telah diisi air dan minyak goreng, lalu panaskan dengan menggunakan pembakar spritus.
12. Pastikan pembakar spritus yang digunakan memiliki kemampuan pembakaran yang sama sehingga kalor yang diberikan kepada kedua gelas ukur sama.
13. Catatlah waktu yang diperlukan air dan minyak goreng untuk mencapai suhu yang telah ditentukan (misalnya, 60 ºC).
D. Pengolahan Data
1. Setelah melakukan percobaan virtual, masukan data atau informasi yang sudah kamu dapat ke dalam sebuah tabel pengamatan. Lalu tentukan nilai energi kalor yang diserap zat saat proses pemanasan!
Jenis Bahan Zat
Kalor Jenis
(J/kg ºC) m (kg) t (s) T1 (ºC) T2 (ºC) ΔT (ºC) Energi Kalor (J)
Air 4.180 8 x 10-3 10 25ºC 75ºC 50ºC 1.672 J
Minyak 2.100 8 x 10-3 10 25ºC 150ºC 125ºC 2.100 J
2. Buatlah hasil analisis data berdasarkan data yang telah kamu dapatkan!
Berdasarkan hasil data yang telah didapatkan, terdapat istilah suhu dan kalor yang berhubungan.
Berikut penjelasannya :
Dari data diatas, air membutugkan energi kalor yang lebih sedikit dibandingkan energi kalor yang dibutuhkan minyak. Karena, air akan lebih cepat mencapai titik didih, walaupun minyak lebih cepat dalam mengalami kenaikan suhu akan tetapi minyak juga memiliki titik didih yang lebih tinggi dibandingkan dengan air sehingga memerlukan waktu yang lebih lama untuk mencapai titik didih dan membutuhkan energi kalor yang lebih besar untuk mencapai titik didihnya. Kemudian, ada beberapa analisis data sebagai berikut :
• Suhu
Suhu adalah ukuran dari tingkat panas atau dingin suatu benda. Secara lebih teknis, suhu mengukur seberapa panas atau seberapa dingin molekul dan atom dalam suatu zat bergerak.
Suhu dapat diukur dalam berbagai skala, termasuk derajat Celsius (°C) dan Kelvin (K).
• Kalor
Kalor adalah salah satu bentuk energi yang bisa berpindah dari benda dengan suhu yang lebih tinggi ke benda yang bersuhu lebih rendah jika keduanya dipertemukan atau
bersentuhan. Dalam satuan internasional, kalor dinyatakan dengan J (joule). Satuan lainnya dinyatakan dengan kal (kalori). 1 kalori itu didefinisikan sebagai banyaknya kalor yang diperlukan untuk memanaskan sebanyak 1 kg air dengan suhu 1⁰C. 1 kalori = 4,2 joule, sedangkan 1 joule = 0,24 kalori. Dua benda yang memiliki suhu yang berbeda ketika dipertemukan maka akan muncul kalor yang mengalir atau berpindah. Kalor secara alami akan berpindah dari benda yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu lebih rendah,
𝑄 = 𝑚. 𝑐. ∆ T 𝑐 =
𝑄𝑚 .∆T
sehingga bersifat cenderung menyamakan suhu kedua benda jika saling bertemu atau bersentuhan.
Jika suhu suatu benda itu tinggi, maka kalor yang dikandungnya pun sangat besar.
Sebaliknya, jika suhu suatu benda rendah maka kalornya pun sedikit. Jadi, dapat disimpulkan bahwa besar kecilnya kalor yang ada pada benda atau zat menyesuaikan dengan 3 faktor, yakni massa zat, jenis zat (kalor jenis), dan perubahan suhu.
Kalor kemudian bisa menaikan atau menurunkan suhu, jadi semakin besar kenaikan suhu, kalor yang diterima pun semakin banyak. Sebaliknya, kenaikan suhu yang kecil akan membuat kalor yang diterima juga sedikit. Itu artinya, hubungan kalor (Q) akan berbanding lurus atau sebanding dengan kenaikan suhu (∆T), jika massa (m) dan kalor jenis zat ( c) suatu benda itu tetap.
• Kalor Jenis (c)
Dalam istilah kalor, terdapat istilah kalor jenis (c) yaitu sebagai banyaknya kalor yang diperlukan atau dilepaskan untuk menaikan atau menurunkan suhu satu satuan massa zat tersebut. Secara matematis rumus kalor dapat dituliskan sebagai berikut:
Keterangan :
Q = banyaknya kalor yang diterima atau dilepas oleh suatu benda (J) m = massa benda yang menerima atau melepas kalor (kg)
c = kalor jenis zat (J/kg⁰C)
∆T = perubahan suhu (⁰C)
• Pengaruh Kalor terhadap Wujud Benda
Besarnya kalor suatu zat menunjukkan berapa besar energi kinetik dari partikel penyusunnya. Pengaruh kalor terhadap suatu benda selain mengubah suhu, tetapi juga perubahan wujud zat. Sebagai contoh sebuah es batu yang dipanaskan oleh api. Suhu es batu lebih rendah daripada suhu api, sehingga energi panas akan mengalir dari api ke es batu.
Hal ini mengakibatkan suhu es batu menjadi naik. Lama-kelamaan es batu tersebut akan
mencair. Dengan demikian, kalor dapat mengubah suhu dan wujud suatu benda. Satuan kalor dalam SI aadalah joule (J), sedangkan satuan kalor lain yang juga sering digunakan adalah kalori (kal). Satu kalori ditetapkan sebagai banyaknya kalor yang diperlukan untuk memanaskan satu gram air sehingga suhunya naik satu derajat selsius. 1 kalori = 4,2 joule atau 1 joule = 0,24 kalori. Secara umum, energi kalori diberikan pada benda melalui pemanasan. Dari pemanasan akan timbul kenaikan suhu yang merupakan tanda bahwa suatu benda telah diberikan energi kalor.
• Pengaruh Kalor terhadap Suhu Benda
Kalor atau panas merupakan suatu bentuk energi, sedangkan suhu merupakan ukuran atau tingkat panas benda. Pada umumnya, suhu akan naik jika menyerap kalor dan turun jika melepaskan kalor. Semakin lama pemanasan, artinya kalor yang diterima air semakin besar dan suhu air semakin tinggi. Sehingga besarnya kalor (Q) yang diberikan pada sebuah benda sebanding dengan kenaikan suhu benda itu (ΔT).
Q = ΔT
Keterangan:
Q = kalor (J)
ΔT = perubahan suhu (K) atau (⁰C)
Sedangkan untuk menaikkan suhu yang sama, dua kilogram air lebih lama atau perlu kalor lebih banyak dari satu kilogram air. Jumlah kalor yang diserap benda untuk menaikkan suhu yang sama adalah sebanding dengan massa benda, rumusnya:
Q = m
Keterangan:
Q = kalor (joule)
m = massa zat (kilogram)
Untuk menaikkan suhu yang sama, jumlah massa zat sama, tetapi jenis zat berbeda membutuhkan kalor yang juga berbeda. Kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu bergantung pada jenis zat (c), rumusnya:
Q = c
Keterangan:
Q = kalor (joule)
c = kalor jenis zat (j/kg derajat selsius)
Kalor jenis adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan oleh satu kilogram zat untuk menaikkan suhunya sebesar satu derajat selsius. Dari tiga rumus tersebut, dapat disimpulkan bahwa kalor yang dilepas atau diterima zat ketika berubah suhunya, bergantung pada massa zat, jenis zat, dan perubahan suhu. Sehingga dapat ditulis:
Q = m.c.ΔT
Keterangan:
Q = kalor (joule)
m = massa zat (kilogram)
c = kalor jenis (j/kg derajat selsius)
ΔT = perubahan suhu (k) atau derajat selsius
• Asas Black
Saat melakukan percobaan besi dengan suhu ruangan ke dalam air yang dipanaskan, maka suhu besi dan air akan menjadi hangat atau sama. Ini berkaitan dengan penggunaan Asas Black. Bunyi asas Black adalah pada pencampuran dua zat, banyaknya kalor yang dilepas oleh zat yang suhunya lebih tinggi sama dengan banyaknya kalor yang diterima zat yang suhunya lebih rendah.
Dalam kalimat lain, asas Black berbunyi pada ruang tertutup, jika ada dua benda yang salah satunya berupa cairan dan berbeda suhu diinteraksikan maka akan terjadi serah terima kalor sampai suhu kedua benda sama. Suhu kedua benda bisa sama ketika mencapai kondisi keseimbangan termal. Artinya, jika ada dua benda yang memiliki suhu berbeda bersentuhan, maka kalor akan mengalir dari yang suhunya tinggi ke suhu yang rendah.
Dari teori di atas dapat diketahui prinsip asas Black yaitu:
a. Terjadi aliran atau perpindahan kalor dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu lebih rendah
b. Benda bersuhu lebih tinggi melepas kalor
c. Perpindahan kalor berhenti jika terjadi keseimbangan termal yaitu suhu kedua benda sama.
Rumus Asas Black
Keterangan :
Q = banyaknya kalor yang diterima atau dilepas oleh suatu benda (J) m = massa benda yang menerima atau melepas kalor (kg)
c = kalor jenis zat (J/kg⁰C)
∆T = perubahan suhu (⁰C)
Rumus tersebut menjelaskan bahwa, kalor yang diterima sama dengan kalor yang dilepaskan.
Q lepas dalam rumus di atas berarti kalor yang dilepas suatu zat yang memiliki temperatur lebih tinggi. Sedangkan Q serap adalah kalor yang diserap oleh suatu zat yang memiliki temperatur lebih rendah.
3. Dari percobaan yang telah kamu lakukan, apa kesimpulan yang kamu dapatkan? Apa yang dimaksud dengan kalor jenis? Bagaimana pengaruh kalor jenis terhadap perubahan suhu?
Jadi dapat disimpulkan bahwa, kalor jenis adalah banyaknya kalor yang diserap atau diperlukan oleh 1 kg zat untuk menaikkan suhu sebesar 1⁰C, atau bisa juga diartikan sebagai kemampuan suatu benda untuk melepas atau menerima kalor. Masing-masing benda mempunyai kalor jenis yang berbeda-beda. Sedangkan kapasitas kalor adalah jumlah kalor yang diserap oleh benda bermassa tertentu untuk menaikkan suhu sebesar 1⁰C. Untuk menentukan kalor jenis suatu zat, kita bisa menggunakan alat yang bernama kalorimeter.
Kemudian, untuk pengaruh kalor jenis terhadap perubahan suhu yaitu kalor atau panas merupakan suatu bentuk energi, sedangkan suhu merupakan ukuran atau tingkat panas benda.
Pada umumnya, suhu akan naik jika menyerap kalor dan turun jika melepaskan kalor. Semakin lama pemanasan, artinya kalor yang diterima air semakin besar dan suhu air semakin tinggi.
.Lalu, jumlah kalor yang diserap benda untuk menaikkan suhu yang sama adalah sebanding dengan massa benda. Kemudian, kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu bergantung pada jenis zat (c). Sehingga besarnya kalor (Q) yang diberikan pada sebuah benda sebanding dengan kenaikan suhu benda itu (ΔT), sebanding dengan massa benda (m), dan sebanding dengan jenis zat (c).
Q lepas = Q serap m1.c1. ∆T = m2.c2. ∆T
Dari tiga rumus tersebut, dapat disimpulkan bahwa kalor yang dilepas atau diterima zat ketika berubah suhunya, bergantung pada massa zat, jenis zat, dan perubahan suhu. Sehingga dapat
𝑄 = 𝑚. 𝑐. ∆T 𝑐 =
𝑄𝑚 .∆T ditulis :
Keterangan :
Q = banyaknya kalor yang diterima atau dilepas oleh suatu benda (J) m = massa benda yang menerima atau melepas kalor (kg)
c = kalor jenis zat (J/kg⁰C)
∆T = perubahan suhu (⁰C)
Pertemuan Ke-2
Kelompok : 2
Anggota Kelompok : 1. Astri
2. Fannisya 3. Firdy 4. M. Azka 5. M. Faiq 6. Regia
Mata Pelajaran : Fisika Hari, Tanggal : Senin, 22 Januari 2024
LEMBAR KERJA PESERTA DIDIK PEMUAIAN ZAT
A. Tujuan Pembelajaran
Peserta didik mampu menganalisis hubungan koefisien muai panjang terhadap pertambahan panjang suatu bahan.
B. Permasalahan
Salah satu contoh penerapan konsep pemuaian dalam kehidupan sehari-hari adalah desain rel kereta api dengan sambungan rel yang diberi celah atau ruang. Hal ini bertujuan agar rel kereta yang mengalami pemuaian karena terkena sinar matahari tidak mengalami pembengkokan besi.
Apabila terdapat empat jenis batang logam dengan bahan yang berbeda kemudian dipanaskan dengan suhu dan waktu yang sama. Apakah keempat batang logam tersebut akan memuai dan mengalami pertambahan panjang yang sama?
Perhatikan data percobaan pemuaian panjang batang logam di bawah ini, kemudian gunakan data tersebut untuk menjawab pertanyaan sebelumnya.
Bahan L0 (m) Lt (m) ΔT (ºC)
Kaca 15 15,0054 40
Besi 15 15,0072 40
Alumunium 15 15,0150 40
Tembaga 15 15,0102 40
Kuningan 15 15,0114 40
C. Pengumpulan Data
1. Setelah mengetahui besaran fisika yang ada dalam percobaan tersebut, tentukan setiap variabel bebas, variabel terikat, dan variabel kontrol di setiap percobaan!
• Variabel bebas : variabel yang akan diuji pengaruhnya atau variabel yang akan mempengaruhi variabel terikat.
• Variabel kontrol : variabel yang dijaga konstan atau tidak akan diubah-ubah
• Variabel terikat : variabel yang akan dilihat hasilnya setelah dipengaruhi oleh variabel bebas.
Variabel bebas : K o e fi s i en m u ai p an j a ng , k a c a, b e s i , a l u m un i um , t em b ag a , a l um u ni um .
Variabel kontrol : Suhu dan panjang mula-mula Variabel terikat : P an j a n g a kh i r
Buatlah rumusan masalah berdasarkan peristiwa yang disajikan di atas!
1. Apa yang dimaksud dengan pemuaian?
2. Apa yang menyebabkan pemuaian pada zat padat?
3. Bagaimanakah penerapan prinsip pemuaian zat pada pemasangan rel kereta api?
4. Apa yang terjadi pada partikel zat padat jika dipanaskan?
5. Faktor apa saja yang memengaruhi pemuain zat padat?
6. Apakah jenis benda berpengaruh terhadap pemuaian?
7. Apakah suhu berpengaruh terhadapa pemuaian zat padat? Jelaskan?
8. Apa hubungan nilai koefisien muai panjang dengan pemuaian?
9. Apakah pemuaian dapat terjadi pada semua jenis zat?
2. Berdasarkan rumusan masalah yang telah dibuat, buatlah hipotesis untuk menjawab permasalahan tersebut!
1. Pemuaian adalah peristiwa bertambahnya ukuran atau dimensi (panjang, luas, volume) suatu benda saat suhunya dinaikan. Sementara itu, penyusutan adalah berkurangnya ukuran suatu benda saat benda tersebut mengalami penurunan suhu akibat didinginkan.
Pemuaian atau penyusutan terjadi pada setiap benda yang mengalami perubahan suhu, baik untuk zat padat, cair, maupun gas.
2. Yang menyebabkan pemuaian pada zat padat adalah energi panas. Partikel-partikel zat padat selalu bergerak (bergetar). Apabila zat padat menerima energi panas, gerakan partikel semakin cepat sehingga memerlukan ruangan antara partikel yang lebih besar.
Jarak antara partikel pun juga semakin membesar yang pada akhirnya membuat zat padat
tersebut memuai, bertambah panjang, bertambah luas, dan akhirnya bertambah volumenya.
3. Para ahli konstruksi dan arsitek untuk Pembangunan rel kereta harus mengetahui sifat pemuaian dan penyusutan benda padat yang disebabkan oleh perubahan suhu. Rel kereta dari besi baja yang saling disambungkan satu dengan yang lainnya. Selama proses penyambungan, ahli konstruksi harus benar-benar memperhitungkan sifat pemuaian dan penyusutan besi baja karena adanya perubahan suhu, baik di siang hari yang panas maupun di malam hari yang dingin. Besi baja yang digunakan untuk rel kereta api pun harus dipasang renggang berongga untuk mencegah terjadinya kecelakaan kereta api yang disebabkan oleh relnya melengkung akibat pemuaian dari pemanasan di siang hari.
Selain pada rel kereta api, cara pemasangan ban roda lori kereta api pun menggunakan prinsip pemuaian. Sebelum dipanaskan, ukuran diameter ban sedikit lebih kecil daripada diameter rodanya. Apabila ban akan dipasang, harus dipanaskan terlebih dahulu supaya memuai. Selanjutnya, masukkan ban tersebut ke dalam roda. Setelah masuk, biarkan suhunya turun. Setelah dingin, ban menyusut dan akan melekat kuat pada rodanya, tanpa harus menggunakan baut.
4. Partikel-partikel zat padat selalu bergerak (bergetar). Apabila zat padat menerima energi panas, gerakan partikel semakin cepat sehingga memerlukan ruangan antara partikel yang lebih besar. Jarak antara partikel pun juga semakin membesar yang pada akhirnya membuat zat padat tersebut memuai, bertambah panjang, bertambah luas, dan akhirnya bertambah volumenya.
5. Ada tiga (3) faktor yang mempengaruhi proses pemuaian benda, yaitu :
• Panjang Awal Benda (L0 (m))
Ukuran awal suatu benda akan berpengaruh terhadap proses pemuaian. Semakin besar ukuran awal sebuah benda, maka semakin besar pula pemuaiannya.
• Koefisien Muai Panjang (α (ºC-1))
Koefisien muai benda, yaitu bilangan yang menunjukan besarnya pertambahan ukuran zat tiap satuan ukuran zat pada kenaikan suhu 1ºC . Koefisien muai dipengaruhi oleh jenis dan karakteristik suatu bahan. Jadi, setiap benda atau bahan bisa memiliki koefisien muai yang berbeda-beda. Kecuali, gas yang memiliki koefisien muai sama yang setiap jenis gas.
• Besar Perubahan Suhu (ΔT (ºC))
Kenaikan suhu yang besar akan mengakibatkan pertambahan ukuran yang besar pula.
6. Iya, jenis benda juga berpengaruh terhadap pemuaian. Semakin besar koefisien muai zat yang dimiliki suatu benda, maka semakin besar pula pemuaiannya.
7. Iya, suhu berpengaruh terhadap pemuaian zat padat. Pemuaian diakibatkan karena pengaruh suhu tinggi. 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.
8. Koefisien muai panjang suatu zat adalah bilangan yang menunjukkan pertambahan panjang zat padat jika suhunya dinaikkan 1°C. Hubungan nilai koefisien muai panjang dengan pertambahan panjang adalah, semakin besar koefisien muai panjang suatu benda, maka semakin besar pula pertambahan panjang benda bila benda tersebut dipanaskan.
9. Pemuaian bisa terjadi di beberapa zat seperti zat padat, cair maupun gas. Setiap benda yang memuai berbeda satu sama lain tergantung suhu, koefisien muai panjang atau daya muai benda tersebut.
3. Berdasarkan data percobaan yang sudah tersedia, tentukan nilai pertambahan panjang setiap batang logam serta nilai koefisien muai panjangnya!
Bahan L0 (m) Lt (m) ΔT (ºC) ΔL (m) α (ºC-1) Kaca 15 m 15,0054 m 40 ºC 0,0054 m 0,000009 ºC-1 Besi 15 m 15,0072 m 40 ºC 0,0072 m 0,000012 ºC-1 Alumunium 15 m 15,0150 m 40 ºC 0,0150 m 0,000025 ºC-1 Tembaga 15 m 15,0102 m 40 ºC 0,0102 m 0,000017 ºC-1 Kuningan 15 m 15,0114 m 40 ºC 0,0114 m 0,000019 ºC-1
4. Ubahlah data yang sudah kamu dapatkan pada tabel menjadi sebuah grafik untuk menunjukkan hubungan antara variabel pada percobaan ini.
• Grafik hubungan pertambahan panjang terhadap koefisien muai panjang.
0.0054
0.0072
0.0102
0.0114
0.015
0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 0.014 0.016
0.000009 0.000012 0.000017 0.000019 0.000025
Variabel Bebas ΔL (m)
Variabel Terikat α (°C-1)
Hubungan pertambahan panjang terhadap koefisien muai
panjang
5. Berdasarkan data pada tabel dan grafik yang telah kamu buat, apa kesimpulan yang kamu dapatkan? Bagaimana hubungan antara koefisien muai panjang dengan pertambahan panjang kelima bahan?
• Pengertian Pemuaian
Pemuaian adalah peristiwa bertambahnya ukuran atau dimensi (panjang, luas, volume) suatu benda saat suhunya dinaikan. Sementara itu, penyusutan adalah berkurangnya ukuran suatu benda saat benda tersebut mengalami penurunan suhu akibat didinginkan.
Pemuaian atau penyusutan terjadi pada setiap benda yang mengalami perubahan suhu, baik untuk zat padat, cair, maupun gas.
Pemuaian atau pertambahan ukuran pada benda disebabkan oleh kenaikan suhu ketika benda mendapatkan panas dari luar yang mengakibatkan gerak partikel molekul bertambah cepat sehingga membutuhkan ruang yang lebih besar, akibatnya ukuran benda bertambah.
• Pemuaian Panjang
Pemuaian panjang adalah bertambahnya ukuran panjang suatu benda karena menerima kalor. Pada pemuaian ini, nilai lebar dan tebal sangat kecil dibandingkan dengan nilai panjang benda tersebut. Akibatnya, lebar dan tebal dianggap tidak ada. Pemuaian panjang suatu benda dipengaruhi oleh beberapa faktor, yaitu panjang awal benda, koefisien muai panjang, dan besar perubahan suhu. Koefisien muai panjang suatu benda sendiri, dipengaruhi oleh jenis atau bahan benda tersebut.
• Faktor-faktor yang Memengaruhi Pemuaian
Ada tiga (3) faktor yang mempengaruhi proses pemuaian benda, yaitu : 1. Panjang Awal Benda
Ukuran awal suatu benda akan berpengaruh terhadap proses pemuaian. Semakin besar ukuran awal sebuah benda, maka semakin besar pula pemuaiannya.
2. Koefisien Muai Panjang
Koefisien muai benda adalah bilangan yang menunjukan besarnya pertambahan ukuran zat tiap satuan ukuran zat pada kenaikan suhu 1oC. Koefisien muai panjang adalah faktor terjadinya pemuaian panjang yang dipengaruhi jenis benda dan bahan.
Jadi, setiap benda atau bahan bisa memiliki koefisien muai yang berbeda-beda, sehingga pertambahan panjang bendanya pun akan berbeda-beda tergantung dengan koefisien muai panjang dari jenis bahan tersebut. Hubungan nilai koefisien muai
panjang dengan pertambahan panjang adalah, semakin besar koefisien muai panjang suatu benda, maka semakin besar pula pertambahan panjang benda bila benda tersebut dipanaskan.
3. Perubahan Suhu
Kenaikan suhu yang besar akan mengakibatkan pertambahan ukuran yang besar pula.
Sehingga, pertambahan panjang suatu zat secara fisis akan : 1. Berbanding lurus dengan panjang mula-mula (L0 (m)).
2. Berbanding lurus dengan perubahan suhu (ΔT (ºC)).
3. Bergantung dari jenis zat karena berpengaruh dengan koefisien muai panjang yang dimiliki masing-masing benda (α (ºC-1))
Sehingga ditulis : ΔL = Lo . α . ΔT L = Lo (1 + α . ΔT)
α
= 𝛥𝐿𝐿𝑜 . 𝛥𝑇
Keterangan :
ΔL = perubahan panjang (m) L = panjang akhir (m) Lo = panjang mula-mula (m) α = koefisien muai panjang (ºC-1) ΔT = perubahan suhu (K atau ºC)
