commit to user
44
kemampuan untuk menghayati nilai-nilai kehidupan sedemikian rupa sehingga, menjadi milik pribadi internalisasi dan menjadi pegangan nyata dan jelas dalam
mengatur kehidupannya sendiri.
11. Materi Pembelajaran
Prinsip-prinsip tentang suhu dan kalor telah ditemukan sekitar tahun 1600- an. Pada saat itu, para ilmuan memiliki gagasan yang benar kalau kalor bergerak dari
unsur zat mikroskopik. Penelitian yang dilakukan oleh James Joule dan juga peneliti yang lain pada tahun 1840-an meragukan tentang itu, dan akhirnya pada tahun 1850-
an diterima bahwa kalor adalah bagian dari energi. Hubungan antara kalor dan energi sangat penting untuk pengembangan mesin uap air, dan pada tahun 1824 Sadi
Carnot telah mendapatkan ide tentang termodinamik dalam diskusinya tentang efesiensi dari mesin yang ideal. Sekitar 1850 Rudolph Clausius dan William
Thomson Kelvin menyatakan hukum kedua dari hukum pertama total energi yang terdapat dalam hukum kedua termodinamika. Hukum yang kedua secara alami
dirumuskan dalam dunia nyata kalau kalor tidak mengalir secara spontan dari bahan yang lebih dingin ke bahan yang lebih panas. http:www.wolframscience.com.
Materi yang akan dibahas dalam penelitian ini adalah suhu dan kalor, secara garis besar materi suhu dan kalor teridiri dari; pemuaian benda, kalor, dan perpindahan
kalor.
a. Pemuaian Benda
Pemuaian adalah perubahan ukuran benda disebabkan oleh perubahan dari molekul-molekul atom dalam objek. Rata-rata jarak antar atom 10
-10
m. yang disebabkan oleh naiknya suhu benda tersebut, atom mengalami osilasi dengan
commit to user
45
implitudo terbesar, hasilnya rata-rata bidang antara atom bertambah lebar hal ini mengakibatkan pemuaian pada benda. Seingga koefesien pemuaian panjang dapat
ditulis
2.1
Eksperimen menunjukkan bahwa α memiliki perubahan yang kecil terhadap suhu. Sehingga dapat disimpulkan persamaan 2.1 dapat ditulis
∆L = αL
i
∆T 2.2
Tabel 2.1 Koefisien Muai Panjang Beberapa Zat Pada Suhu Kamar
Zat Koefisien muai panjang K
-1
Aluminium 24 x 10
-6
Kuningan 19 x 10
-6
Tembaga 17 x 10
-6
Gelas ordinary 9 x 10
-6
Gelas pyrex 3,2 x 10
-6
Timah hitam 29 x 10
-6
Beton 12 x 10
-6
Karena ukuran beruhan terhadap suhu, kemudian diikuti pada permukaan dan perubahan volume. Perubahan volume sesuai dengan volume awal dan
perubahan suhu menurut hubungan ∆V = βV
i
∆T 2.3
Dimana β adalah koefisien muai volume. Untuk benda padat koefesien muai volume sama dengan 3α dengan asumsi koefisien muai panjang untuk benda padat sama
dalam semua arah. Kemudian untuk pemuaian luas memenuhi persamaan
commit to user
46
∆A = 2αA
i
∆T 2.4
b. Kalor
Kalor bukan suatu zat melainkan bentuk energi, hal ini telah dibuktikan melalui penelitian para ilmuan maupun peristiwa sederhanan di dalam kehidupan
sehari-hari. Tetapi perlu dibedakan antara energi dalam pada sebuah benda dengan kalor. Energi dalam adalah semua energi dari system yang diasosiasikan dengan
komponen-komponen mikroskopik atom dan molekul-molekul, yang dilihat dari kerangka saat berhenti dengan resfec terhadap pusat masa benda. Sedangkan panas
didefinisikan sebagai perpindahan energi yang melewati sistem ketika ada perbedaan suhu antara system tersebut. Kalor hanyalah salah satu bentuk energi maka satuannya
tidak berbeda dengan energi lainnya. Nilai tara kalor mekanik adalah 1 kalor = 4,184 J
1 Kapasitas Kalor dan Kalor Jenis Kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu benda bergantung pada tiga
variabel yaitu massa benda, perubahan suhu, dan jenis benda. Semakin besar massa benda maka kalor yang diterima untuk didistribusikan guna menambah tenaga gerak
molekul atau atom menjadi lebih banyak. Jadi semakin besar massa benda maka memerlukan lebih banyak kalor untuk menaikkan suhu bila dibandingkan dengan
benda bermassa kecil. Semakin besar perubahan suhu pada suatu benda maka akan semakin besar kalor yang dilepaskan atau diserap oleh benda tersebut. Kemudian
untuk jenis benda, masing-masing benda memiliki massa jenis tertentu sehingga jumlah atom atau molekul gramnya juga berbeda. Maka dapat dikatakan setiap benda
memiliki karakteristik yang khas berkaitan dengan kalor yang diserap atau
commit to user
47
dilepaskannya. Data tentang kalor jenis beberapa benda dapat dilihat pada table berikut.
Tabel 2.2 Kalor Jenis Beberapa Jenis Benda
Jenis benda Kalor jenis benda Jkg
C Air murni
4200 Air laut
3900 Methane
2500 Es
2100 Aluminium
900 Granit
800 Gelas
700 Baja
500 Tembaga
400 Air raksa
150
Tabel tersebut memperlihatkan bahwa air murni memiliki kalor jenis paling besar dibandingkan dengan bahan lainnya. Sifat demikian menyebabkan air murni
paling lambat naik suhunya bila dipanaskan dan sekaligus paling lambat turun suhunya bila didinginkan dibandingkan dengan bahan lainnya.
Zat-zat membutuhkan banyak kalor yang berbeda satu sama lain untuk setiap kenaikan suhunya tertentu. Banyaknya energikalor yang dibutuhkan oleh
benda untuk menaikkan suhunya sebesar 1 C disebut kapasitas kalor C, dari dari
definisi tersebut dapat ditulis hubungan Q = C∆T
2.5 Kapasitas kalor persatuan massa sebuah benda disebut sebagai kalor jenis
adalah karakteristik bahan yang tersusun dalam benda tersebut.
commit to user
48
2.6
Setiap benda memiliki kalor jenis yang khas. Kalor jenis setiap benda bersifat konstan. Jika suhu dinaikkan pada massa tertentu maka kalor juga akan naik
hingga nilai tertentu. Hasil bagi antara jumlah kalor terhadap massa dan perubahan suhu akan menghasilkan sebuah nilai konstan yaitu kalor jenis.
2 Kalor Laten
Bila panas diberikan pada suatu zat pada tekanan konstan maka biasanya akan menaikkan suhu benda. Namun kadang-kadang zat dapat menyerap panas
dalam jumlah yang besar tanpa mengalami perubahan suhu. Ini terjadi selama perubahan fase, artinya ketika kondisi fisis zat itu berubah dari satu wujud menjadi
wujud lain. Sejumlah kalor dibutuhkan untuk mengubah fase zat tertentu, kalor yang dibutuhkan untuk mencairkan zat bermassa m adalah
Q = mL
2.7 Dengan L adalah kalor laten pelebur zat tersebut atau biasa disebut kalor
lebur. Kalor yang dibutuhkan pada perubahan fase dari padat menjadi cair sebanding dengan massa benda dan kalor lebur benda tersebut. Sedangkan untuk perubahan
fase dari cair menjadi gas kalor yang dibutuhkan adalah Q = mU
2.8 Dengan U adalah kalor laten penguapan atau disebut kalor uap. Persamaan
tersebut menunjukkan bahwa kalor yang dibutuhkan untuk merubah fase cair menjadi gas berbanding lurus dengan massa dan perubahan suhu.
commit to user
49
3 Perpindahan Kalor
Perpindahan kalor dapat melalui tiga cara. Pertama dengan konduksi, merupakan peripindahan kalor tanpa diikuti perpindahan partikel penghantarnya.
Pada peristiwa ini tenaga termal, dalam bentuk kalor dipindahkan dari tempat bersuhu tinggi ke tempat bersuhu rendah. Karena adanya tambahan kalor maka
molekul atau atom penyususn bahan logam di tempat yang lebih dingin gerak getarannya bertambah cepat.
Berdasarkan kemampuan menghantar kalor, benda dibagi mejadi dua yaitu konduktor dan isolator. Konduktor adalah bahan yang baik menghantarkan panas,
sedangkan isolator merupakan benda yang sukar menghantarkan panas. Adapun gas merupakan konduktor yang lebih buruk dibandingkan air atau zat cair lainnya. Zat
padat memiliki konduktivitas terbesar. Cara perpindahan kedua adalah konveksi, konveksi terjadi pada zat cair dan
gas yang ditandai oleh adanya lacak molekul pembawa kalor. Zat cair ataupun gas pada massa tetap, bila suhunya naik menyebabkan volume gas itu bertambah, dan hal
ini menyebabkan massa jenisnya berkurang. Cara ketiga adalah radiasi, merupakan perpindahan kalor tanpa zat
perantara. Laju radiasi ditemukan oleh Josef Stefan pada 1979 dan diturunkan secara teorites oleh Ludwing Boltzmann sehingga dinamakan hukum Stefan Boltzmann.
P = eσAT
4
2.9 Laju radiasi berbanding lurus dengan luas benda, emisivitas, konstanta Boltzmann
dan pangkat empat temperatur.
commit to user
50
Bila radiasi jatuh pada benda tak tembus cahaya sebagian radiasi dipancarkan dan sebagian diserap. Benda berwarna terang memantulkan sebagian
besar radiasi tampak, sedangkan benda gelap menyerap sebagian besar daripadanya. Jika sebuah benda memancarkan radiasi yang lebih banyak daripada yang diserapnya
maka benda menjadi dingin sementara sekitarnya menjadi panas. Jika benda menyerap lebih banyak daripada yang dipancarkannya maka benda menjadi panas
dan sekitarnya menjadi dingin. Sebuah benda yang menyerap semua radiasi yang datang padanya mempunyai emisivitas sama dengan 1 dan dinamakan benda hitam.
Sebuah benda hitam juga merupakan radiator idel. Konsep benda hitam sebagai radiator idel penting, karena ciri radiasi yang
dipancarkan oleh benda semacam itu dapat dihitung secara teoritis. Pendekatan praktis benda hitam idel yang paling baik adalah lubang kecil yang menuju sebuah
rongga. Radiasi yang jatuh pada lubang mempunyai kemungkinan yang kecil untuk dipantulkan kembali keluar dari lubang sebelum ia diserap oleh dinding rongga. Jadi
radiasi yang dipancarkan lewat lubang adalah ciri temperature tersebut.
B. Penelitian yang Relevan
Sebagai bahan perbandingan, perlu dikemukakan penelitian-penelitian terdahulu yang ada hubugannya dan sekaligus sebagai pendukung dari penelitian
yang akan dilakukan. Penelitian yang dilakukan oleh Teguh Ernawan, 2009. Dengan judul “Pembelajaran IPA Melalui Metode Demonstrasi Menggunakan Media
Animasi dan 2 Dimensi Ditinjau Dari Kemampuan Tingkat Berpikir Dan Gaya Belajar Siswa”. penelitian pada siswa kelas VIII semester 2 SMPN 1 Ngraho
Kabupaten Bojonegoro, tahun pelajaran 20082009. Dari penelitian yang dilakukan
