IPA · Bab 5 Suhu dan Pemuaian

Iip Rohima Diana Puspita

24/08/2021 15:32:16

SMP 7 K-13

Daftar Isi

Bab 1 Besaran dan Satuan Bab 2 Asam, Basa, dan Garam Bab 3 Unsur, Senyawa, dan Campuran Bab 4 Wujud Zat dan Massa Jenis Bab 5 Suhu dan Pemuaian Bab 6 Kalor Bab 7 Perubahan Materi dan Pemisahan Campuran Bab 8 Reaksi Kimia Bab 9 Pengamatan Gejala Alam Bab 10 Gerak Lurus Bab 11 Ciri-Ciri Makhluk Hidup Bab 12 Keanekaragaman Mahluk Hidup Bab 13 Ekosistem Bab 14 Kepadatan Penduduk dan Pencemaran Ling

Halaman

Bab 5 - Suhu dan Pemuaian

Bab

Suhu dan Pemuaian

Standar Kompetensi:

Memahami prosedur ilmiah untuk mempelajari benda-benda alam dengan menggunakan peralatan.

Memahami wujud zat dan perubahannya.

Kompetensi Dasar:

Mendeskripsikan pengertian suhu dan pengukurannya.

Melakuka

n percobaan yang berkaitan dengan pemuaian dalam kehidupan sehari-hari.

Peta Konsep

Suhu dan Pemuaian

Termometer

Pemuaian

Pemuaian dalam kehidupan

sehari-hari

Skala Celsius

Skala Fahrenheit

Skala Reamur

Skala Kelvin

Koefisien muai panjang

Koefisien muai luas

Koefisien muai volume

Termometer

epi

ng bimetal

Pengelingan pelat logam

Pemasangan bingkai besi

pada roda

Ilmu Pengetahuan Alam untuk SMP/MTs Kelas VII

Alkohol

daerah ukurannya sangat luas, yaitu

antara -114

C sampai 78

b. penghantar yang baik

c. kalor jenisnya kecil

a. titik didih rendah 78

b. tidak berwarna, susah untuk dilihat

c. membasahi dinding kaca

Kita tentunya pernah merasakan tubuh menjadi dingin ketika

kehujanan, dan panas saat sinar matahari menyengat di siang hari. Apa

yang terjadi? Pada dasarnya, tubuh memiliki suhu yang akan berubah

menyesuaikan dengan suhu di sekitarnya. Suhu adalah derajat atau tingkat

panas suatu benda. Namun, ketika tubuhmu merasakan sejuk, dingin, atau

panas, dapatkah kita mengukur berapa besar suhu itu?

Melalui tubuh (kulit) kita hanya dapat menilai bahwa suhu suatu

zat itu sejuk, dingin, atau panas bagi tubuh, tapi belum tentu penilaian

tersebut sama dengan penilaian orang lain terhadap zat tersebut. Untuk

mengukur suhu digunakan suatu alat yang dinamakan termometer.

Kata „termometer‰ berasal dari bahasa Yunani, yaitu thermos yang

berarti panas dan meter yang berarti mengukur. Berdasarkan bahan

yang digunakan, termometer digolongkan menjadi beberapa jenis, di

antaranya termometer zat cair, termometer hambatan, dan termometer

gas. Pada bab ini, termometer yang akan dibahas adalah termometer

yang banyak dan umum digunakan, yaitu termometer zat cair.

A. Termometer

Termometer biasanya berupa sebuah pipa kaca sempit tertutup

yang berisi zat cair dan memiliki skala. Prinsip kerja termometer ada

pada pengaruh perubahan suhu terhadap perubahan volumenya. Coba

perhatikan volume air yang sedang dipanaskan. Saat air dipanaskan,

suhu air akan meningkat. Peristiwa yang terjadi selanjutnya adalah

volume air tersebut juga meningkat. Begitupun sebaliknya, saat air

didinginkan volume air tersebut juga menurun. Selain pada air, peristiwa

ini pun terjadi pada zat lain, seperti raksa dan alkohol yang digunakan

sebagai bahan termometer.

Berikut adalah keuntungan dan kekurangan masing-masing zat

cair yang digunakan sebagai bahan termometer.

Tabel 5.1 Perbandingan antara Raksa dan Alkohol sebagai Bahan

Termometer

Zat cair

Keuntungan

Kekurangan

Raksa a.

mudah dilihat karena warnanya

mengkilap

b. daerah ukurannya sangat luas, yaitu

antara -39

C sampai 337

c. penghantar yang baik

d. kalor jenisnya kecil

a. termasuk zat beracun

b. tidak dapat mengukur suhu yang lebih

rendah dari -40

c. harganya mahal

Gambar 5.1

Termometer zat cair

Sumber: image.google.co.id

Bab 5 - Suhu dan Pemuaian

Beberapa jenis termometer zat cair yang biasa digunakan, di

antaranya adalah:

a. Termometer Klinis

Termometer kl

nis digunakan untuk mengukur suhu badan.

Termometer ini umumnya dibuat dengan skala 35

C sampai 42

sesuai dengan suhu tubuh manusia.

b. Termometer Suhu Ruang

Sesuai dengan n

ama

nya, termometer ini digunakan untuk

mengukur suhu pada suatu ruangan. Skala pada termometer ini

umumnya adalah -50

C sampai 50

C. Ukuran termometer suhu ruang

jauh lebih besar dibandingkan termometer klinis.

c. Termometer Maksimum - Minimum

Termometer yang

dip

erkenalkan pertama kali oleh James Six

Bellani pada abad kedelapan belas ini, khusus dipakai untuk mencatat

suhu tertinggi dan terendah di suatu tempat dalam satu hari.

Berikut ini adalah skala-skala yang digunakan pada termometer.

Cermatilah.

1. Skala Celsius

Skala ini d

etapkan oleh fisikawan Swedia bernama Andreas

Celsius dengan satuan yang digunakan disebut Celsius, dilambangkan

C. Skala terendah didasarkan pada titik beku air, yaitu 0

C dan tertinggi

yang merupakan titik didih air, yaitu 100

C. Skala ini sering digunakan

dalam kehidupan sehari-hari.

2. Skala Fahrenheit

Ditetapkan oleh seorang Fisikawan berkebangsaan Jerman, yaitu

Gabr

iel Daniel Fahrenheit. Satuannya adalah fahrenheit, dilambangkan

F. Titik beku air skala fahrenheit adalah pada suhu 32

F dan titik

didihnya 212

F. Skala ini banyak digunakan oleh negara-negara di

Benua Amerika dan Eropa.

3. Skala Reamur

Skala terendah dari termometer dengan satuan Reamur ini adalah

R da

n skala tertingginya adalah 80

R. Termometer dengan skala

ini merupakan termometer yang jarang digunakan.

4. Skala Kelvin

Skala ini ditetapkan oleh William Thomas Thompson Kelvin,

lmuwan berkebangsaan Inggris. Berbeda dengan yang lain, skala ini

dibuat berdasarkan batasan enegi kinetik yang dimiliki oleh benda.

Berdasarkan teori kinetik partikel, benda berhenti bergerak pada suhu

nol mutlak sebesar -273

C yang kemudian ditetapkan sebagai titik

Gambar 5.2 J. S. Bellani

Gambar 5.3

Andreas Celsius

Gambar 5.4

G. D. Fahrenheit

Sumber: image.google.co.id

Gambar 5.5 W. T. T. Kelvin

Sumber: image.google.co.id

Ilmu Pengetahuan Alam untuk SMP/MTs Kelas VII

terendah, yaitu 0

K. Sehingga pada skala kelvin titik beku air adalah

273 K dan titik didihnya 373 K. Skala ini digunakan sebagai Sistem

Internasional karena kepraktisan penggunaannya dibandingkan dengan

skala yang lain.

Untuk mengetahui hubungan antara keempat skala di atas,

perhatikan tabel berikut.

Skala

Titik Terendah

Titik Tertinggi

Rentang Skala Perbandingan Satuan Skala Celsius

Celsius

100

Fahrenheit

212

1 8 0

··· = · satuan skala F

180

100

Reamur

·· = · satuan skala R

100

Kelvin

273 K

373 K

100

··· = 1 satuan skala R

100

Karena skala Celsius adalah skala yang banyak digunakan dalam

kehidupan sehari-hari, berikut cara pengubahan skala Celsius menjadi

skala yang lain:

1. Celsius-Fahrenheit

C = (· t + 32)

F seh

ingga t

F = · (t

32)

2. Celsius-Reamur

C = (· t + 0)

R =

{

· t

}

sehingga t

R =

{

· t

}

3. Celsius-Kelvin

C = (t + 273)K seh

ingga tK = (t

273)

Contoh:

Suhu suatu benda jika diukur menggunakan termometer skala Celsius

menunjukkan angka 20

C. B

erapakah suhu benda itu jika diukur

dengan:

a. Skala Fahrenheit

b. Skala Reamur

c. Skala Kelvin

Penyelesaian:

Diketahui

: suhu benda = 20

Tabel 5.2 Hubungan Beberapa Skala Termometer

Bab 5 - Suhu dan Pemuaian

Ditanya

: a. Suhu dengan satuan

b. Suhu dengan satuan

c. Suhu dengan satuan K

Jawab:

a. 20

= ( ·

20 + 32

F = ( 45 + 32 )

F = 77

Jadi, suhu benda pada skala Fahrenheit adalah 77

F .

b. 20

= ( ·

20)

R = 16

Jadi, suhu benda pada skala Reamur adalah 16

c. 20

= (20 + 273)K = 293

Jadi, suhu pada skala Kelvin adalah 293 K.

B. Pemuaian

Pernahkah kamu memperhatikan ketika memasak air secara

tradisional menggunakan panci, lama-lama panci akan membesar?

Ketika digunakan untuk memasak air, panci tersebut mengalami

pemanasan sehingga terjadilah pemuaian yang berakibat volume panci

lebih besar. Namun, mengapa air pada panci tetap tumpah padahal

volume panci telah bertambah? Hal ini terjadi karena air yang dimasak

juga mengalami pemuaian yang berakibat bertambahnya volume air.

Peristiwa ini menunjukkan bahwa pemuaian air tenyata lebih besar

daripada pemuaian panci sehingga air yang mendidih tetap bisa

tumpah. Pemuaian yang terjadi pada air dan panci ini disebut sebagai

pemuaian ruang.

1. Jelaskan pengertian suhu dengan kata-katamu sendiri!

2. Sebutkan alat yang digunakan untuk mengukur suhu serta

jenis-jenisnya!

3. Jelaskan prinsip zat cair yang dimanfaatkan pada

termometer!

4. Apa kelebihan dan kekurangan penggunaan raksa dan alkohol

sebagai bahan penunjuk skala termometer?

30 ... ... ...

...

323

enguji Diri

ahabatku,

Ilmuwan

Andreas Celsius

(1701-1744) adalah ahli

astronomi dari Swedia

yang pertama kali

mengusulkan termometer

Celsius, yaitu termometer

yang mempunyai skala

100 derajat mulai dari titik

didih sampai titik beku

air. Dia menjadi profesor

astronomi di Universitas

Uppsala pada 1730

- 1744. Di sana, ia juga

membangun ruangan

observasi (laboratorium)

pada 1740 dan pernah

menjadi direkturnya.

Pada 1737, ia ikut ambil

bagian dalam tim ekspedisi

Perancis yang dikirim

untuk mengukur satu

derajat meridian di daerah

Ilmu Pengetahuan Alam untuk SMP/MTs Kelas VII

2. Koefisien Muai Luas

Pernahkah ka

mu mengamat

i pemasangan kaca jendela? Luas

bingkai jendela dibuat lebih besar daripada luas kaca yang dipasang.

Perlakuan ini bertujuan untuk mengantisipasi pecahnya kaca

Nama Zat

Koefisien Muai Panjang (

)

Kaca pyrex

0,32

-5

Kaca bias

0,9

-5

Besi

1,2

-5

Baja

1,1

-5

Aluminium

2,4

-5

Kuningan

1,9

-5

Tembaga

1,7

-5

Platina

0,89

-5

Tabel 5.3 Koefisien Muai Panjang Zat

Dari contoh ini, dapat diambil kesimpulan bahwa semua wujud

zat mengalami pemuaian yang dapat berakibat bertambahnya panjang,

luas, atau volume zat yang bersangkutan.

Kenaikan suhu, panjang, luas, atau volume semula, dan jenis zat

dapat mempengaruhi pemuaian yang terjadi pada zat tersebut. Besarnya

pertambahan yang diakibatkan oleh pemuaian, dapat dihitung dengan

mengetahui koefisien muai yang dialami oleh zat tersebut. Misalnya,

koefisien muai panjang (

) untuk

zat yang mengalami pertambahan

panjang akibat pemuaian, koefisien muai luas (

) untuk zat yang

mengalami pertambahan luas akibat pemuaian, koefisien muai volume

(

) untuk zat yang mengalami pertambahan volume akibat pemuaian,

dan koefisien muai gas untuk perubahan yang dialami zat berwujud gas

yang diakibatkan oleh pemuaian. Pada kesempatan ini, akan dibahas

tiga koefisien muai, yaitu panjang, luas, dan volume.

1. Koefisien Muai Panjang

Koefisien muai panjang adalah bilangan yang menunjukkan

sarnya pertambahan panjang tiap satu meter pada suhu 1 K atau 1

C. Pada suhu dan panjang mula-mula suatu zat berturut-turut adalah T

(K atau

C) dan L

(m), maka panjang benda setelah dipanaskan hingga

suhu T (K atau

C) adalah L

(m). Secara matematis dirumuskan:

= L

{

1 +

( T

)

}

Tabel berikut ini menunjukkan nilai koefisien muai panjang untuk

beberapa jenis zat.

nfo

Pemuaian ruang adalah

peristiwa pemuaian yang

menyebabkan terjadinya

pertambahan volume pada

benda yang memuai.

Bab 5 - Suhu dan Pemuaian

= A

{

1 +

)

}

dengan : A

= Luas benda setelah dipanaskan (m

)

= Luas benda mula-mula (m

)

= Koefisien muai luas (

-1

atau K

-1

)

T = Suhu benda setelah dipanaskan (

C atau K)

= Suhu benda mula-mula (

C atau K)

3. Koefisien Muai Volume

Koefisien m

uai v

olume adalah bilangan yang menunjukkan

besarnya pertambahan volume tiap satu meter kubik pada suhu 1 K

atau 1

C. Untuk mengetahui volume benda setelah dipanaskan hingga

suhu tertentu, dapat digunakan persamaan:

= V

{

1 +

( T

)

}

dengan : V

= Volume benda setelah dipanaskan (m

)

= Volume benda mula-mula (m

)

= 3

= koefisien muai volume (

-1

atau K

-1

)

T = Suhu benda setelah dipanaskan (

C atau K)

= Suhu benda mula-mula (

C atau K)

Berikut adalah koefisien muai volume beberapa zat cair dan

udara.

ketika pemuaian terjadi. Koefisien muai luas adalah bilangan yang

menunjukkan besarnya pertambahan luas tiap satu meter persegi

pada suhu 1 K atau 1

C. Luas benda setelah dipanaskan hingga suhu

tertentu dapat dihitung dengan rumus berikut:

Nama Zat

Koefisien Muai Volume (

)

Etil alkohol

1,12

-4

Gliserin

4,85

-4

Raksa

1,82

-4

Air

2,1

-4

Aseton

1,5

-4

Benzena 1,24

-4

Udara

36,7

-4

Tabel 5.4 Koefisien Muai Volume Zat

Contoh:

1. Sebuah baja memiliki panjang 20 m pada saat suhu 10

Jika

baja tersebut dipanaskan hingga mencapai suhu 30

berapakah panjang baja sekarang?

Ilmu Pengetahuan Alam untuk SMP/MTs Kelas VII

1. Jelaskan apa yang dimaksud dengan:

a. pemuaian

b. koefisien muai

2. Mengapa pemuaian zat cair lebih besar daripada zat padat?

Lalu, bagaimana pemuaian gas dibandingkan dengan zat cair

dan zat padat?

3. Sebuah platina mempunyai panjang 500 m pada suhu 40 K.

Berapa panjang platina tersebut pada suhu 140 K?

4. Sebuah silinder aluminium pejal pada suhu 25

C v

olumenya

2,5 L. Berapakah volume silinder itu setelah suhunya dinaikkan

menjadi 175

enguji Diri

Penyelesaian:

Diketahui : L

= 20 m

= 1,1

-5

= 10

T = 30

Ditanya : L

Jawab:

= L

{

1 +

)

}

= 20 m

{

1 + 1,1

⋅

-5

-1

(30

10)

}

= 20 m ( 1 + 22.10

-5

)

= (20

1,00022) m = 20,0044 m

Jadi, panjang batang baja setelah dipanaskan adalah 20,0044 m.

2. Luas penampang lempeng tembaga pada suhu 5 K adalah

4,0144

. Jika suhu dinaikkan sampai 65 K, berapakah luas

lempeng tembaga itu sekarang?

Penyelesaian:

Diketahui :

= 1,7

-5

-1

⇒

= 2

= 3,4

-5

-1

= 4,0144

= 65

5 = 50 K

Ditanya : A

Jawab:

= A

{

1 +

)

}

= 4,0144

(1 + 3,4

-5

-1

50 K )

= 4,021

Jadi, luas lempeng tembaga sekarang adalah

4,021

Pikirkanlah

Koefisien muai panjang

dari besi adalah 1,2

-5

. Jelaskan maksud

pernyataan tersebut!

Bagaimana kamu bisa

yakin bahwa pernyataan

tersebut adalah benar?

Buktikan dan jelaskan!

Bab 5 - Suhu dan Pemuaian

C. Pemuaian dalam Kehidupan Sehari-Hari

Konsep pemuaian zat tenyata dapat digunakan dalam kehidupan

sehari-hari. Berikut ini adalah uraiannya.

1. Termometer

Telah dijelaskan sebelumnya bahwa pemuaian zat cair berupa

raksa da

n alkohol dapat dimanfaatkan sebagai bahan penunjuk suhu

pada termometer.

2. Keping Bimetal

Keping bimetal adalah penggabungan dua jenis batang logam yang

memi

liki koefisien muai panjang yang berbeda. Keping ini sangat peka

terhadap suhu. Karena koefisien muai dua logam yang digabungkan

berbeda, maka ketika dipanaskan keping ini akan melengkung ke arah

logam yang koefisien muai panjangnya lebih kecil. Sebaliknya, ketika

didinginkan, lengkungannya akan mengarah pada logam yang koefisien

muai panjangnya lebih besar.

Keping bimetal digunakan pada lampu tanda arah pada mobil atau

sepeda motor, termometer bimetal, termostat bimetal (alat pengatur

suhu yang berfungsi sebagai sakelar otomatis pada alat-alat rumah

tangga, seperti setrika listrik, oven listrik, lemari es, pemanas), dan

saklar termal untuk alarm kebakaran.

3. Pengelingan Pelat Logam

Pengelingan ad

alah pr

oses penyambungan dua batang logam

dengan paku keling. Mula-mula kedua logam yang akan dikeling sudah

dilubangi. Bagian lubangnya dipanaskan hingga agak besar dengan

tujuan agar paku keling mudah masuk. Setelah paku masuk, pema-

nasan dihentikan dan paku ditempa agar setelah suhu dingin lubang

logam akan menyusut dan mengikat erat paku keling.

4. Pemasangan Bingkai Besi pada Roda

Dalam hal ini, prinsip pemuaian digunakan untuk mempermudah

emasangan bingkai besi pada roda. Ban baja yang berdiameter lebih

kecil dari roda besi dipanaskan hingga memuai dan diameternya

membesar. Kemudian, ban baja dipasang pada roda dengan tujuan agar

setelah suhu dingin kembali, ban baja akan menyusut dan menempel

kuat pada roda.

Gambar 5.6

Contoh penggunaan keping

bimetal

Sumber: image.google.co.id

Gambar 5.7

Roda kereta api yang

menempel pada relnya

Sumber: google.co.id

Ilmu Pengetahuan Alam untuk SMP/MTs Kelas VII

ilasan Materi

Termometer adalah alat yang berupa sebuah pipa kaca sempit tertutup yang berisi zat

cair dan memiliki skala.

Skala yang digunakan dalam termometer adalah skala Celsius, Fahrenheit, Reamur, dan

Kelvin.

emuaian ruang adalah peristiwa pemuaian yang menyebabkan terjadinya pertambahan

volume pada benda yang memuai.

Koefisien muai panjang adalah bilangan yang menunjukkan besarnya pertambahan

panjang tiap satu meter pada suhu 1 K atau 1

Koefisien muai luas adalah bilangan yang menunjukkan besarnya pertambahan luas tiap

satu meter persegi pada suhu 1 K atau 1

Koefisien muai volume adalah bilangan yang menunjukkan besarnya pertambahan volume

tiap satu meter kubik pada suhu 1 K atau 1

Benda-benda yang mendapatkan pengaruh suhu tinggi akan mengalami pemuaian. Secara lebih

jelas, kamu telah mempelajari konsep tentang suhu dan pemuaian tersebut. Manfaat apakah

yang kamu rasakan setelah mempelajari materi tersebut? Cobalah untuk menerapkannya dalam

kehidupan sehari-harimu.

Bab 5 - Suhu dan Pemuaian

1. Besaran yang menyatakan derajat panas

suatu zat disebut ....

a. kalor

b. suhu

c. pemuaian

d. energi

2. Salah satu kelebihan raksa sebagai pengisi

termometer adalah ....

a. memiliki titik beku -112

pemuaiannya tidak teratur

c. tidak membasahi dinding kaca

d. harganya murah

3. Suhu suatu zat 73

sama dengan ....

a. 200 K

b. 278 K

c. 300 K

d. 346 K

4. Nilai titik didih air dalam skala Kelvin adalah

....

a. 80

100

c. 212

d. 373

5. Jika suhu suatu benda tinggi, maka gerak

partikel dalam benda tersebut akan ....

a. cepat

b. lambat

c. tetap

d. naik-turun

A. Pilihlah jawaban yang paling tepat!

Uji Kemampuan

6. Acuan titik tetap bawah termometer skala

Fahrenheit terletak pada suhu ....

a. 0

c. 80

b. 32

d. 273

7. Urutan zat dari yang paling kecil sampai

paling besar berdasarkan tingkat pemuai-

annya adalah ....

a. zat padat, gas, zat cair

b. gas, zat cair, zat padat

c. zat cair, zat padat, gas

d. zat padat, zat cair, gas

8. Jika pada skala Celsius suhu suatu benda

C, m

aka pada skala Reamur suhu benda

tersebut adalah ....

a. 12

c. 104

b. 59

d. 288

9. Pemasangan kawat listrik yang agak longgar

dimaksudkan agar ....

a. dapat memuai

b. tidak putus ketika panas

c. tidak putus ketika dingin

d. aliran listrik lancar

10. Di bawah ini alat-alat yang menggunakan

prinsip pemuaian, kecuali ....

a. termometer bimetal

b. termostat

c. alar

m kebakaran

d. pemasangan jembatan besi

B. Jawablah pertanyaan-pertanyaan di bawah ini!

1. Apa

tinya titik lebur es 32

2. Apa sebabnya dalam pemasangan bingkai besi pada roda, besi harus dipanaskan terlebih

dahulu?

Ilmu Pengetahuan Alam untuk SMP/MTs Kelas VII

1. Berdasarkan keuntungan dan kerugian dari jenis-jenis zat cair yang digunakan sebagai

pengisi termometer, bahan cair manakah yang menurutmu lebih baik untuk dijadikan pengisi

termometer? Jelaskan!

2. Kita tahu bahwa ada tabel daftar koefisien muai panjang beberapa benda yang menjadi

patokan umum. Darimana nilai-nilai koefisien muai panjang tersebut diperoleh? Apakah

kamu yakin bahwa nilai itu benar? Jelaskan!

3. Carilah bukti bahwa pemanasan dapat menyebabkan pemuaian! Berikan contoh kejadian

yang menunjukkan hal itu!

3. Adi akan memasang sebuah antena TV jenis tembaga di atap rumah. Panjang kabel yang ia miliki

adalah 12 m. Saat itu suhu di atap rumah adalah 27

C. Hitunglah jarak paling jauh antara TV

dan antena agar pada malam hari ketika suhu mencapai 15

C kabel tersebut tidak terputus?

4. Ketika sakit demam, suhu badan Richi mencapai 305 K. Berapakah suhu badan Richi tersebut

bila dinyatakan dalam satuan Fahrenheit dan Reamur?

5. Suatu zat pada suhu 7

C berbentuk k

ubus dengan ukuran sisi 5 cm. Jika zat tersebut dipanaskan

sampai suhu 300 K, maka volume zat yang berbentuk kubus tersebut bertambah sebesar 1,28

-9

. Tentukanlah:

a. koefisien muai volume zat tersebut!

b. volume benda zat tersebut jika zat itu dipanaskan kembali sampai suhu 350 K!