Halaman
157
Ilmu Pengetahuan Alam
Kalor dan
Perpindahannya
Istilah-istilah Penting
Energi Panas, Kalor, Kalor Jenis,
Perubahan Wujud, Konduksi, Konveksi, Radiasi
Bab
5
158
Kelas VII SMP/MTs
Semester 1
K
amu t entunya pernah membantu Ibu atau Bapakmu memasak di
dapur. Pada saat memasak, kamu menggunakan energi panas api untuk
menaikkan suhu air atau minyak. Dalam bab ini, kamu akan belajar
bagaimana perubahan pada benda akibat perubahan energi panas pada benda
itu. Untuk itu, coba kita membandingkan energi panas yang dikandung benda
melalui kegiatan berikut ini.
Membandingkan Energi Panas Benda
Misalnya kamu memiliki segelas air dan seember air. Suhu keduanya
sama, misalnya 50ºC. Apakah energi panas yang dikandung air di dalam
gelas tersebut sama dengan energi panas yang dikandung air di dalam
ember?
1.
A
mbillah air 100 gram (100 mL), letakkan di dalam gelas beker, ukur
suhunya.
2.
P
anaskan air itu dengan bantuan pembakar spiritus, ukur waktu yang
diperlukan untuk mencapai suhu 60ºC.
3.
Ulang
i langkah 1 dan 2, untuk air 200
gram (200 mL) dengan pembakar spi-
ritus yang sama.
Petunjuk Keselamatan Kerja
Hati-hati dengan api dan air panas.
Menalar dan Mengomunikasikan
Kenaikan suhu air berasal dari energi
panas pembakar spiritus yang menyala.
Berdasarkan data pengamatanmu, buatlah keterkaitan antara massa dan
suhu benda dengan banyaknya energi panas yang dikandung oleh suatu
benda.
Sumber: www. idsurvivol.com; www.
idsurvival.com
Gambar 4.1 Kayu yang terbakar
menghasilkan energi panas. Apa
pengaruhnya terhadap air di panci
itu?
Ayo Kita Lakukan
159
Ilmu Pengetahuan Alam
A.
Pengertian Kalor
Suhu menyatakan tingkat panas benda.
Benda memiliki tingkat panas tertentu karena
di dalam benda terkandung energi panas.
Seperti telah kamu lakukan dalam kegiatan
penyelidikan tersebut bahwa segelas air dan
seember air yang bersuhu sama memiliki
energi panas yang berbeda. Untuk menaikkan
suhu 200 g air, memerlukan energi panas
yang lebih besar daripada 100 g air. Pada suhu
yang sama, zat yang massanya lebih besar
mempunyai energi panas yang lebih besar
pula.
Sumber: Dok. Kemdikbud
Gambar 4.2 Kalor berpindah dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah
Energi panas yang berpindah dari benda yang bersuhu lebih tinggi ke benda
yang bersuhu lebih rendah disebut kalor. Apakah satuan kalor? Sebagai bentuk
energi, dalam SI kalor mempunyai satuan joule (J). Satuan kalor yang populer
(sering digunakan pada bidang gizi) adalah kalori dan kilokalori.
Ayo Kita Pelajari
•
Banyaknya energi
panas yang
berpindah
Mengapa Penting?
•
Pemahaman tentang
kalor berguna untuk
berbagai bidang
kehidupan
160
Kelas VII SMP/MTs
Semester 1
Satu kalori adalah jumlah energi panas yang dibutuhkan untuk
menaikkan suhu 1 gram air hingga naik sebesar 1
o
C
Satu kalori sama dengan 4,184 J,
sering dibulatkan menjadi 4,2 J
Tubuh kamu mengubah sebagian makanan menjadi energi panas. Perhatikan
Gambar 4.3. Energi panas yang disediakan oleh makanan diukur dalam kilokalori,
sering disingkat kkal atau Kal (dengan K huruf kapital). Satu Kal makanan sama
dengan 1.000 kalori. Kita menggunakan kilokalori untuk makanan, karena kalori
terlalu kecil untuk dipakai mengukur energi pada makanan yang dimakan (agar
bilangan yang dikomunikasikan tidak terlalu besar).
Lemak = 9
Kal/g
Sumber: Kemdikbud
Gambar 4.3 Pada saat makan, kamu
mendapatkan asupan energi kimia yang
dapat diubah menjadi energi panas.
Karbohidrat =
4 Kal/g
Protein = 4
Kal/g
Zat gizi makanan mengandung energi kimia yang dapat diubah menjadi
energi panas atau energi bentuk lain. Sebagian energi ini digunakan untuk
mempertahankan suhu tubuh. Saat kamu sedang kedinginan, kamu akan
menggigil untuk mempercepat metabolisme tubuh sehingga suhu tubuh tetap
terjaga. Setiap makanan kemasan harus tercantum kandungan energinya.
161
Ilmu Pengetahuan Alam
kalori makanan
146 Kal = ... joule
Sumber: kuntowibisono.blinkweb.com
Gambar 4.4 Produsen makanan kemasan diharuskan mencantumkan kandungan energi yang terdapat pada
makanan itu.
1.
Kalor dan Peru
bahan Suhu Benda
Pada kegiatan sebelumnya, kamu telah mengamati bahwa air jika diberi panas
dari pembakar spiritus yang menyala, ternyata suhunya naik. Secara umum, suhu
benda akan naik jika benda itu mendapatkan kalor. Sebaliknya, suhu benda akan
turun jika kalor dilepaskan dari benda itu. Air panas jika dibiarkan lama-kelamaan
akan mendingin mendekati suhu ruang. Hal ini menunjukkan bahwa sebagian
kalor dilepaskan benda tersebut ke lingkungan.
Telah kamu ketahui pula bahwa kenaikan suhu oleh kalor dipengaruhi massa
benda. Untuk menaikkan suhu yang sama, air bermassa 200 g memerlukan
kalor yang lebih besar daripada air bermassa 100 g. Apakah yang memengaruhi
kenaikan suhu hanya jumlah kalor dan massa benda saja? Untuk memahami hal
ini, lakukanlah kegiatan berikut.
Mengamati dan Menalar
Selain jumlah kalor, apa yang memengaruhi kenaikan suhu benda?
1.
Siapk
an 200 g minyak kelapa dan 200 g air.
2.
Uk
ur suhu mula-mula minyak kelapa. Kemudian, panaskan dan ukur
waktu yang diperlukan untuk mencapai 60
o
C.
3.
Ulang
i langkah 2, untuk 200 g air dengan pembakar spiritus yang
sama.
Berdasarkan data pengamatanmu, jawab permasalahan dalam pe-
nyelidikan ini.
Ayo Kita Lakukan
162
Kelas VII SMP/MTs
Semester 1
Kegiatan kamu menunjukkan bahwa kalor yang diperlukan untuk menaikkan
suhu benda hingga suhu tertentu dipengaruhi juga oleh jenis benda. Besaran
yang digunakan untuk menunjukkan hal ini adalah kalor jenis.
Ingat kembali, bahwa perubahan suhu pada skala Celcius sama dengan
perubahan suhu pada skala Kelvin. Tabel 4.1 menunjukkan kalor jenis beberapa
bahan. Kamu dapat mengamati bahwa bahan yang berbeda memiliki kalor jenis
yang berbeda pula.
Tabel 4.1
Kalor jenis beberapa bahan
Bahan
Kalor Jenis (J/(kg.K))
Air
Alkohol
Aluminium
Karbon
Pasir (Grafit)
Besi
Tembaga
Perak
4.184
2.450
920
710
664
450
380
235
Dari kegiatan tersebut, kamu dapat menyimpulkan hasilnya sebagai berikut.
• Kalor
untuk
menaikkan
suhu
benda
bergantung
pada
jenis
b
enda itu.
• Makin
besar
kenaikan
suhu
benda,
kalor
yang
diperlukan
mak
in besar pula.
• Makin
besar
massa
benda,
kalor
yang
diperlukan
untuk
menaik
kan suhu makin besar pula.
Jika simpulanmu ini dirumuskan secara matematis, dapat ditulis seperti
berikut.
kalor yang diperlukan untuk kenaikan suhu = kalor jenis x
massa benda x kenaikan suhu
Kesimpulan di atas dapat dilambangkan sebagai berikut.
163
Ilmu Pengetahuan Alam
2.
Kalor pada Per
ubahan Wujud Benda
Terjadinya perubahan wujud sering diamati dalam kehidupan sehari-hari.
Contoh yang sering kamu jumpai, yaitu pada air mendidih kelihatan gelembung-
gelembung uap air yang menunjukkan adanya perubahan wujud dari air menjadi
uap. Untuk mendidihkan air, diperlukan kalor. Jadi, untuk mengubah wujud zat
cair menjadi gas diperlukan kalor.
Contoh Penerapan
Berapa kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 500 g air, dari
suhu mula-mula 20
o
C menjadi 100
o
C ?
Massa
m
= 500 g = 0,5 kg
Kalor jenis air (lihat Tabel 4.1)
c
= 4.184J/(kg.K)
Kenaikan suhu air
∆
t
= (100-20)
o
C = 80
o
C
= 80 K
Q = c x m x ∆
t
= 4.184 x 0.5 x 80 J
= 167.360 J
Apa masalahnya?
Bagaimana
strateginya?
Bagaimana
penerapannya?
Apa yang
diketahuinya?
164
Kelas VII SMP/MTs
Semester 1
Diskusikan
Berilah contoh peristiwa peleburan, pembekuan, penguapan, dan
pengembunan. Apakah dalam peristiwa tersebut memerlukan atau
melepaskan kalor?
Sumber: Dok. Kemdikbud
Gambar 4.5 Mengapa ada titik-titik air di
bagian luar gelas yang berisi es? Jelaskan.
Sumber: Dok. Kemdikbud
Gambar 4.6 Proses perubahan wujud
165
Ilmu Pengetahuan Alam
Adakah hal unik yang dapat dipelajari pada peristiwa perubahan wujud?
Lakukan kegiatan berikut.
Lakukanlah langkah-langkah berikut ini.
1.
Siapk
an gelas beker berisi 400 gram es batu. Ukur suhunya!
2.
P
anaskan gelas beker itu dengan pembakar spiritus, aduk, dan
ukur suhunya setiap setengah menit, sampai 3 menit. Catat hasil
pengukuranmu pada tabel pengamatan.
Petunjuk Keselamatan Kerja
Hati-hati dengan api. Saat pemanasan air dengan api.
Saat mengangkat gelas beker, gunakan kain lap.
Menalar dan Mengomunikasikan
Berdasarkan data pengamatanmu, bagaimana suhu benda saat terjadi
perubahan wujud? Bandingkan dan diskusikan dengan hasil kelompok
lain.
Ayo Kita Lakukan
Berdasarkan kegiatanmu, tampak bahwa saat perubahan wujud tidak terjadi
perubahan suhu. Kalor untuk mengubah wujud zat disebut kalor laten.
dengan:
Q
= kalor yang dibutuhkan/dilepas untuk berubah wujud (J)
m
= massa zat yang berubah wujud (kg)
L
= kalor lebur atau kalor beku (J/kg)
U
= kalor penguapan atau kalor pengembunan (J/kg)
166
Kelas VII SMP/MTs
Semester 1
Contoh Penerapan
Berapakah kalor yang diperlukan untuk meleburkan 5 kg air dalam
keadaan beku (es), jika kalor lebur air tersebut 336.000 J/kg?
Langkah-langkah Penyelesaian
Jadi, es tersebut memerlukan kalor sebesar 1,68 x 10
6
J agar melebur pada
titik leburnya.
Massa,
m
= 5 kg
Kalor lebur air
L
air
= 336.000 J/kg
= 3,36 x 10
5
Jkg
-1
Kalor yang di perlukan
Q
Apa masalahnya?
Bagaimana strateginya?
Bagaimana penerapannya?
Apa yang diketahuinya?
Gunakan persamaan
Q = m L
Q = m L
Q =
(5 kg) (3,36 x 10
5
Jkg
-1
)
Q =
16,8 x 10
5
J = 1,68 x 10
6
J
167
Ilmu Pengetahuan Alam
Apa yang memengaruhi cepatnya penguapan air?
Menalar dan Mencoba
1.
Rumusk
an hipotesis untuk menjawab permasalahan berikut. Apakah
luas permukaan zat cair berpengaruh terhadap cepatnya penguapan
air?
2.
Lak
ukan percobaan untuk menguji hipotesismu, dengan bantuan
Gambar 4.7. Perlu diingat bahwa volume air mula-mula pada tiap
wadah harus sama. Letakkan wadah-wadah itu pada tempat yang
kondisinya sama, misalnya selama 1 jam. Setelah satu jam, ukur
volume air yang tersisa.
Gambar 4.7 Contoh bejana untuk menguji hipotesismu
3.
Data
Isik
an data pengamatanmu dalam tabel di bawah ini.
Luas
permukaan
bejana
Volume air
mula- mula
(mL)
Volume air
setelah satu
jam (mL)
Pengurangan
volume air (mL)
4.
A
nalisis dan simpulkan hasil pengamatanmu.
Berdasarkan data pengamatanmu, simpulkan hasilnya. Apakah hipo-
tesismu diterima atau ditolak?
Ayo Kita Lakukan
168
Kelas VII SMP/MTs
Semester 1
• Mengapa
Kamu
Berkeringat?
Sistem tubuh manusia bekerja optimal pada suhu 36,5
o
C hingga 37,5
o
C.
Seringkali aktivitas dan lingkungan sekitar memaksa tubuh manusia bereaksi
untuk menjaga agar suhu tubuhnya tetap optimal.
Pada saat kamu beraktivitas, misalnya berolahraga akan terjadi peningkatan
proses perubahan energi kimia makanan menjadi energi gerak. Proses ini
menghasilkan panas yang dapat meningkatkan suhu tubuh. Pada saat ini,
mekanisme dalam tubuh kamu memberi perintah agar tubuh berkeringat. Pada
saat keringat itu menguap, proses penguapan keringat memerlukan kalor. Kalor
ini diambil dari kulit tubuhmu, sehingga tubuh kamu yang memanas itu menjadi
dingin, dan kembali ke suhu optimal. Pada saat itu, mengapa kamu merasa
nyaman jika dikipasi? Saat dikipasi, proses penguapan keringat itu terjadi lebih
cepat, sehingga tubuhmu segera kembali ke suhu optimalnya.
• Mengapa
saat
kedinginan
kamu
cepat
merasa
lapar?
Pada saat kamu kedinginan, kamu akan menggigil. Dengan menggigil, maka
tubuhmu bergerak cepat. Gerak tubuh kamu ini memaksa tubuh melakukan
metabolisme, membakar energi kimia makanan menjadi energi gerak (dan tentu
saja menghasilkan energi panas). Dengan cara ini, suhu tubuh tidak turun. Tentu
saja, ada “harga yang harus dibayar”. Pada saat kedinginan, kamu cepat merasa
lapar.
Diskusikan
Kapan biasanya anjing menjulurkan lidahnya? Mengapa anjing melakukan
hal itu? Coba jelaskan.
Sumber: www.
hdwallpaperslist.com
Gamba 4.8 Anjing
menjulurkan lidahnya
169
Ilmu Pengetahuan Alam
Sumber: www.sindyfinata.blogspot.com
Gambar 4.9. Pembekuan darah ketika mengalami luka
Jelajah
Darah yang mengalir pada tubuh manusia dapat mengalami
perubahan wujud. Jika kita terluka, darah akan mengalir. Jika luka tersebut
dibiarkan, lama-lama darah akan mengering. Pada saat itu, darah membeku,
mengalami perubahan wujud cair menjadi padat. Kemampuan darah untuk
membeku sangat bermanfaat bagi manusia karena mencegah terjadinya
pengeluaran darah yang banyak dari dalam tubuh. Jika tubuh kekurangan
darah maka bisa menimbulkan efek yang fatal (kematian).
• Teknologi
Pendingin
Sederhana
Kamu pasti sering melihat di depan bangunan besar seringkali terdapat
kolam (kadang-kadang dilengkapi dengan air mancur). Selain untuk keindahan,
keberadaan kolam ini dapat membuat lingkungan sekitarnya menjadi sejuk.
Mengapa hal ini dapat terjadi? Secara alami, air di kolam itu akan menguap. Untuk
menguap diperlukan kalor. Kalor ini diambil dari udara di sekitar kolam, sehingga
udara menjadi lebih sejuk dibanding tanpa kolam.
Sel darah
merah
Fibrin
170
Kelas VII SMP/MTs
Semester 1
Sumber: www.123rf.com
Gambar 4.10 Selain untuk keindahan,
apa fungsi kolam air di depan
bangunan ini?
• Teknologi
Pendingin
Makanan
Sederhana
Perhatikan gambar alat pendingin makanan di bawah ini.
Sumber: http://www.jelajah.up2det.
com
Gambar 4.11 Pendingin makanan
sederhana
Alat ini terdiri atas dua tempayan, dengan tempayan kecil dapat masuk
ke tempayan besar. Pasir diisikan di antara dua tempayan. Selanjutnya, air
ditambahkan pada pasir ini hingga pasirnya basah. Makanan (atau air) diletakkan
di dalam tempayan kecil yang ditutup kain basah. Saat air di dalam pasir menguap,
kalor untuk penguapan ini diambil dari sekitarnya termasuk dari makanan,
sehingga makanan menjadi dingin. Dilaporkan suhunya bisa turun hingga 15
o
C.
1.
A
pa perbedaan antara suhu dan kalor?
2.
M
engapa orang menggigil ketika kedinginan?
3.
Bagaimana persamaan k
alor untuk menaikkan suhu benda dan
kalor untuk mengubah wujud benda? Coba jelaskan.
Ayo Kita Latihan
171
Ilmu Pengetahuan Alam
• Penerapan
Kalor sebanyak 84 kJ ditambahkan pada 500 g air yang bersuhu 20
o
C.
Berapakah suhu air itu? Kalor jenis air 4.200 J/(Kg.K).
Diketahui:
Q = 84 kJ = 84.000 J
m = 500 g = 0,5 Kg
T
awal
= 20
o
C
c = 4.200 J/(Kg.K)
Ditanyakan: T
akhir
= ...?
Jawab:
Q
= c x m x ∆t
84.000
= 4.200 x 0,5 x ∆t
84.000
= 2.100 x ∆t
∆t
=
84.000
2.100
= 40
o
C
Jadi,
∆t
= T
akhir
- T
awal
40
o
C
= T
akhir
- 20
o
C
T
akhir
= 40
o
C + 20
o
C
= 60
o
C
1.
B
erdasarkan Tabel 4.1, jika 1 kg bahan tersebut dipanaskan dengan
menggunakan nyala api yang sama, manakah yang paling lambat
naik suhunya? Coba jelaskan.
2.
P
ada saat berolahraga, kamu mengubah energi kimia makanan
menjadi energi untuk gerak dan energi panas. Pada saat itu, kamu
berkeringat. Mengapa dengan berkeringat suhu tubuh kamu tetap
stabil? Coba jelaskan.
Ayo Pikirkan
172
Kelas VII SMP/MTs
Semester 1
B.
Perpindahan Kalor
Kalor berpindah dari benda yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu
rendah. Bagaimanakah caranya? Kalor berpindah melalui tiga cara, yaitu konduksi,
konveksi, dan radiasi. Berikut akan diuraikan ketiga cara perpindahan kalor
tersebut. Coba pahami dengan saksama.
1.
Konduksi
Saat kamu menyetrika, setrika yang
panas bersentuhan dengan kain yang kamu
setrika. Kalor berpindah dari setrika ke kain.
Perpindahan kalor seperti ini disebut konduksi.
Perhatikan mekanisme perpindahan kalor
secara konduksi pada Gambar 4.12.
Sumber: Dok. Kemdikbud
Gambar 4.13
Bagaimanakah perpindahan
kalor secara konduksi dapat
berlangsung?
Konduksi merupakan perpindahan panas melalui bahan tanpa
disertai perpindahan partikel-partikel bahan tersebut.
Sumber: abasaonlineshop. wordpress.com
Gambar 4.12 Mengapa panas setrika sampai
pada baju yang disetrika?
Saat suhu naik, partikel
benda bergetar lebih cepat.
Kalor berpindah, partikel
tidak ikut berpindah.
Partikel satu akan membentur partikel
lainnya sehingga partikel yang terkena
benturan tersebut akan bergetar makin
cepat, akibatnya suhu makin tinggi.
173
Ilmu Pengetahuan Alam
Mengamati
Celupkan sendok kayu dan sendok logam pada air panas. Pegang ujung
kedua sendok itu. Catat apa yang kamu rasakan beberapa saat kemudian.
Menanya
Berdasarkan hasil pengamatanmu, tuliskan pertanyaan-pertanyaan yang
ingin kamu ketahui.
Menalar
1.
A
pakah jenis bahan berpengaruh terhadap konduktivitas bahan?
2.
C
oba kamu pikirkan jawaban sementaramu.
Mencoba
1.
Siapk
an sendok kayu, sendok logam, dan sendok plastik yang
berukuran hampir sama. Tempelkan paku payung pada pegangan
sendok-sendok tersebut dengan menggunakan mentega.
2.
B
erdirikan sendok-sendok tersebut pada gelas beker atau panci. Jika
mentega meleleh, paku payung akan jatuh. Coba urutkan jatuhnya
paku payung tersebut jika air panas dimasukkan ke dalam gelas beker.
3.
M
asukkan air panas ke dalam gelas beker tersebut. Amatilah urutan
jatuhnya paku payung. Apakah tiap-tiap kelompok dalam kelasmu
memperoleh hasil yang sama?
Menalar dan Mengomunikasikan
Berdasarkan data pengamatanmu, jawab permasalahan dalam penyeli-
dikan ini. Presentasikan hasil penyelidikanmu di depan kelas agar
ditanggapi temanmu.
Ayo Kita Lakukan
174
Kelas VII SMP/MTs
Semester 1
Benda yang jenisnya berbeda memiliki kemampuan menghantarkan
panas secara konduksi (konduktivitas) yang berbeda pula. Bahan yang
mampu menghantarkan panas dengan baik disebut konduktor. Bahan yang
menghantarkan panas dengan buruk disebut isolator. Seperti hasil percobaanmu,
logam termasuk konduktor. Kayu dan plastik termasuk isolator.
Berbagai peralatan rumah tangga yang memanfaatkan sifat konduktivitas
bahan, terlihat pada Gambar 4.14.
Sumber: Dok. Kemdikbud
Gambar 4.14 Bahan-bahan konduktor dan isolator panas
Pada peralatan memasak, bagian yang bersentuhan dengan api menggunakan
konduktor yang baik, sedangkan bagian pegangannya menggunakan isolator
yang baik.
Sumber: www.perkakasaluminium.com
Gambar 4.15 Peralatan rumah tangga yang memanfaatkan sifat konduktivitas bahan
Styrofoam
aluminium
175
Ilmu Pengetahuan Alam
Panas kopi dapat bertahan cukup lama di gelas kaca karena gelas kaca
merupakan isolator yang baik. Dapatkah kamu memberikan ide bagaimana agar
panas kopi tersebut bertahan lebih lama lagi?
Sumber: www.ajisena.blogspot.com
Gambar 4.16 Mengapa kopi ditempatkan di gelas, tidak di logam?
Saat udara dingin, kamu berselimut di dalamnya. Selimut terbuat dari serat
wol atau kapas yang bersifat isolator. Mengapa udara yang terperangkap di dalam
selimut dengan kamu di dalamnya membuat badanmu hangat?
Sumber: Dok. Kemdikbud
Gambar 4.17 Mengapa orang di
dalam selimut merasa hangat?
Jelajah
Penguin memiliki lapisan lemak yang
tipis di bawah kulit. Lemak menjaga
tubuh penguin tetap hangat.
Sumber: www.
id.wikipedia.org
Gambar 4.18
Penguin di Kutub
Selatan mampu
bertahan hidup
pada suhu yang
sangat dingin.
176
Kelas VII SMP/MTs
Semester 1
2.
Konveksi
Air merupakan konduktor yang buruk. Namun, ketika air bagian bawah
dipanaskan ternyata air bagian atas juga ikut panas. Berarti, ada cara perpindahan
panas yang lain pada air tersebut, yaitu konveksi.
Saat air bagian bawah mendapatkan kalor dari pemanas, partikel air memuai
sehingga menjadi lebih ringan dan bergerak naik dan digantikan dengan partikel
air dingin dari bagian atas. Dengan cara ini, panas dari air bagian bawah berpindah
bersama aliran air menuju bagian atas. Proses ini disebut konveksi. Pola aliran air
membentuk arus konveksi.
Sumber: Dok. Kemdikbud
Gambar 4.19 Arus konveksi pada
air yang dipanaskan.
Konveksi adalah perpindahan kalor dari satu tempat ke tempat
lain bersama dengan gerak partikel-partikel bendanya.
177
Ilmu Pengetahuan Alam
Coba amatilah arus konveksi pada kegiatan berikut.
Mengamati arus konveksi
1.
Siapk
an es batu berwarna (saat pembuatannya diberi pewarna
makanan).
2.
A
mbil gelas beker, isilah dengan air sampai hampir penuh.
3.
S
ecara perlahan, masukkan es batu ke dalam air.
4.
A
mati dan gambar hasil pengamatanmu.
Menalar dan Mengomunikasikan
Mengapa pencairan es batu berwarna pada air membentuk pola seperti
yang kamu gambar? Diskusikan dengan temanmu.
Ayo Kita Lakukan
Arus konveksi dapat kamu temui di pantai, berupa angin laut dan angin darat.
Sumber: Dok. Kemdikbud
Gambar 4.20 Bagaimanakah konveksi dapat menimbulkan angin laut dan angin darat?
• Siang
Hari
Daratan lebih cepat panas daripada lautan (kalor jenisnya kecil), udara di atas
daratan ikut panas dan bergerak naik, digantikan oleh udara dari lautan. Dengan
demikian, terjadilah angin laut.
• Malam
Hari
Daratan lebih cepat mendingin daripada lautan, udara di atas lautan lebih
hangat dan bergerak naik, digantikan oleh udara dari daratan. Dengan demikian,
terjadilah angin darat.
178
Kelas VII SMP/MTs
Semester 1
Konveksi dimanfaatkan pada berbagai peralatan. Contohnya adalah sebagai
berikut.
Sumber: Dok. Kemdikbud
Gambar 4.21 Konveksi pada oven
Sumber: Dok. Kemdikbud
Gambar 4.22 Konveksi pada pengering rambut
Elemen pemanas oven, pemanggang roti, magic jar, dan lain-lain biasanya
terletak di bagian bawah. Saat difungsikan, udara bagian bawah akan menjadi
lebih panas dan bergerak naik, sedangkan udara bagian atas yang lebih dingin
akan bergerak turun. Pada peralatan tertentu seperti pengering rambut (
hair
dryer
), aliran konveksi dibantu (atau dipaksa) dengan menggunakan kipas.
3.
Radias
i
Bayangkan saat kamu berjalan di tengah hari yang cerah. Kamu merasakan
panasnya matahari pada mukamu. Bagaimana kalor dari matahari dapat sampai
ke wajahmu? Bagaimana kalor dapat melalui jarak berjuta-juta kilometer dan
melewati ruang hampa? Dalam ruang hampa tidak ada materi yang memindahkan
kalor secara konduksi dan konveksi. Jadi, perpindahan kalor dari matahari sampai
ke bumi dengan cara lain. Cara tersebut dinamakan radiasi.
Sumber: Dok. Kemdikbud
Gambar 4.23 Kalor berpindah dari matahari hingga ke bumi melalui ruang hampa. Karena tidak ada zat
perantara, perpindahan kalor tersebut tidak mungkin secara konduksi atau konveksi.
Udara masuk
terhisap oleh
kipas yang
berputar
Udara dipanasi oleh
pemanas listrik
Udara keluar
didorong oleh kipas
yang berputar
179
Ilmu Pengetahuan Alam
Radiasi adalah perpindahan kalor tanpa memerlukan medium.
Kamu juga merasakan akibat radiasi kalor saat menghadapkan telapak
tanganmu pada bola lampu yang menyala atau saat kamu duduk di dekat api
unggun. Udara merupakan konduktor buruk dan udara panas api unggun bergerak
ke atas. Namun, kamu yang berada di samping api unggun dapat merasakan
panas. Dapatkah kamu memberi contoh lain peristiwa radiasi?
Sumber: Dok. Kemdikbud
Gambar 4.24 Mengapa
perpindahan kalor dari
api unggun ke orang
tersebut yang terbanyak
terjadi secara radiasi?
Setiap benda dapat memancarkan dan menyerap radiasi kalor, yang besarnya
bergantung pada suhu benda dan warna benda. Perhatikan benda-benda yang
diletakkan di ruangan bersuhu 30
o
C. Besar kalor yang dipancarkan atau diserap
benda ditunjukkan oleh banyaknya anak panah.
Sumber: Dok. Kemdikbud
Gambar 4.25 Benda
yang memiliki kalor
memancarkan radiasi
panas ke sekitarnya.
180
Kelas VII SMP/MTs
Semester 1
Makin panas benda dibandingkan dengan panas lingkungan
sekitar, makin besar pula kalor yang diradiasikan ke
lingkungannya.
Berdasarkan Gambar 4.25, kamu dapat menyimpulkan sebagai berikut.
Makin luas permukaan benda panas, makin besar pula kalor
yang diradiasikan ke lingkungannya.
Jika suhu benda lebih dingin daripada suhu lingkungan, maka benda itu akan
menyerap radiasi kalor dari lingkungan. Perhatikan benda-benda di ruangan yang
bersuhu 30
o
C berikut.
Sumber: Dok. Kemdikbud
Gambar 4.26 Benda
yang bersuhu rendah
menyerap radiasi panas
dari sekitarnya
Berdasarkan Gambar 4.26, kamu dapat menyimpulkan sebagai berikut.
Makin rendah suhu benda, makin besar pula kalor yang
diterima dari lingkungannya.
Makin luas permukaan benda dingin, makin besar pula kalor
yang diterima dari lingkungannya.
Saat kamu menjemur dua kaos basah yang warnanya berbeda, kamu akan
mendapatkan bahwa kaos yang berwarna lebih gelap ternyata lebih cepat kering.
181
Ilmu Pengetahuan Alam
Amati gambar berikut untuk menyimpulkan pengaruh warna terhadap kalor yang
dilepas atau diserap dari lingkungannya.
Sumber: Dok. Kemdikbud
Gambar 4.27 Warna
benda menentukan daya
pancar radiasi
Berdasarkan Gambar 4.27, kamu dapat menyimpulkan sebagai berikut.
Makin gelap benda yang terasa panas, makin besar pula kalor
yang diradiasikan ke lingkungannya.
Makin gelap benda yang terasa dingin, makin besar pula kalor
yang diterima dari lingkungannya.
Sumber: komporsurya. blogspot.com
Gambar 4.28 Kompor surya. Tandai di mana masakan
dimasak. Mengapa permukaan pemantul panas
matahari mengkilap? Mengapa melengkung?
Sumber: aliexpress. com
Gambar 4.29 Warna panci dan peralatan masak
lainnya yang bersentuhan dengan api tidak dibuat
mengkilap, tetapi kusam. Mengapa?
182
Kelas VII SMP/MTs
Semester 1
Sumber: greenoorjasolution. com
Gambar 4.30 Permukaan pemanas air yang
memanfaatkan panas matahari (
solar heating
)
berwarna gelap atau hitam. Mengapa?
Sumber: iwaza. wordpress.com
Gambar 4.31 Baju seragam sekolah umumnya
berwarna terang atau putih. Mengapa?
Peristiwa radiasi juga dimanfaatkan oleh hewan seperti contoh berikut.
Sumber: www.zonaikan.com
Gambar 4.32 Untuk menghangatkan tubuhnya, hewan berdarah dingin seperti buaya ini memanfaatkan radiasi
panas matahari. Kalor dari matahari diserap oleh buaya (dengan cara membuka mulutnya), sehingga suhu
tubuhnya naik dan buaya dapat beraktivitas dengan mudah.
Bagaimana termos dapat mencegah perpindahan kalor baik secara konduksi,
konveksi, maupun radiasi?
183
Ilmu Pengetahuan Alam
Sumber: Dok. Kemdikbud
Gambar 4.33 Termos
1.
Jelask
an 3 cara perpindahan kalor.
2.
A
pakah konduktor itu? Beri 5 contoh konduktor.
3.
A
pakah isolator itu? Beri 5 contoh isolator.
4.
F
aktor-faktor apa saja yang berpengaruh terhadap kalor yang diterima
sebuah benda dari lingkungan sekitarnya?
5.
F
aktor-faktor apa saja yang berpengaruh terhadap kalor yang dilepas
sebuah benda terhadap lingkungan sekitarnya?
Ayo Kita Latihan
• Penerapan
Jelaskan pemanfaatan peristiwa konduksi, konveksi, atau radiasi pada
berbagai peralatan. Cari peralatan yang berbeda dengan yang dijelaskan di buku
yang sedang kamu pelajari ini.
Sumbat, dibuat dari plastik atau gabus.
Bahan ini isolator yang baik.
Wadah luar
Celah antara gelas dengan wadah luar dibuat hampa udara.
Jadi, tidak ada penghantar panas secara konduksi dan konveksi.
Dua lapis gelas, gelas merupakan isolator
panas yang baik
Gelas dilapisi perak yang mengkilat.
Mengapa harus mengkilat?
184
Kelas VII SMP/MTs
Semester 1
Di musim dingin, daerah sekitar kutub bumi menjadi daratan es.
Laut pun menjadi daratan es. Tetapi, rusa kutub dan beruang kutub tetap
dapat beraktivitas. Domba memiliki bulu yang tebal, sehingga dapat
mempertahankan suhu tubuh pada musim dingin. Banyak burung-
burung bermigrasi dari daerah dingin ke daerah yang lebih hangat pada
saat musim dingin. Begitulah kuasa Tuhan Yang Maha Esa dalam memberi
kehidupan pada makhluk-Nya. Jadi, kita sebagai salah satu ciptaan-Nya
wajib berterima kasih pada-Nya.
Ayo Kita Latihan
1.
K
alor merupakan salah satu bentuk energi yang berpindah dari benda
yang suhunya lebih tinggi ke benda yang suhunya lebih rendah jika
kedua benda saling bersentuhan.
2.
K
alor jenis adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan
suhu 1 g zat sebesar 1°C.
3.
Za
t dapat berubah wujud apabila:
•
perubahan wujud zat yang memerlukan kalor yang mencair,
menguap, dan menyublim;
•
perubahan wujud zat yang melepas kalor yang membeku, meng-
embun, dan menghablur.
4.
A
zas Black berbunyi banyaknya kalor yang dilepaskan benda bersuhu
lebih tinggi sama dengan banyaknya kalor yang diterima benda yang
bersuhu lebih rendah.
•
Kalor dapat berpindah dengan cara konduksi, konveksi, dan
radiasi.
•
Konduksi adalah perpindahan kalor melalui suatu zat tanpa
disertai perpindahan partikel zat.
•
Konveksi adalah perpindahan kalor melalui suatu zat yang disertai
perpindahan partikel zat tersebut.
•
Radiasi adalah perpindahan kalor tanpa melalui zat perantara.
RANGKUMAN
185
Ilmu Pengetahuan Alam
Tahukah kamu jauh sebelum istilah kalori diperkenalkan ada penelitian
yang mendasari, sehingga energi dihitung dengan satuan kalori. Siapakah
peneliti yang mendasari hingga dikemukakan istilah kalori tersebut?
•
Ibnu Sina (980-1037) mengemukakan hasil penelitiannya terkait
energi, yakni masalah ruangan hampa, cahaya, dan panas (kalor).
•
James Prescott Joule (1818-1889) ialah seorang ilmuwan yang
membuktikan bahwa panas (kalor) tak lain adalah suatu bentuk energi.
•
James Watt (1736-1819) dari Skotlandia, Britania Raya. Pada awalnya
Watt tertarik dengan mesin uap karena memerhatikan mesin uap
buatan Newcome yang kurang efisien. Kemudian ia terus melakukan
beberapa percobaan dan penelitian. Watt berhasil menciptakan
mesin uap pertama yang efisien. Ternyata mesin uap ini merupakan
salah satu kekuatan yang mendorong terjadinya Revolusi Industri.
Untuk menghargai jasanya, nama belakangnya, yaitu Watt digunakan
sebagai nama satuan daya.
•
Antonnie Laurent Lavoisier (1743 - 1794) memperkenalkan kata kalori.
INFO ILMUWAN
U
JI
KOMPETENSI
Review
Jawablah pertanyaan berikut dengan benar dan jelas.
1.
Jelask
an pengertian kalor.
2.
K
amu memanaskan air dalam panci aluminium dengan kompor gas. Benda
apa saja yang menerima kalor pada pemanasan itu? Jelaskan.
3.
K
alor lebur es adalah 80 kal/g. Apa maksudnya?
4.
S
ebutkan persamaan dan perbedaan antara konduksi dan konveksi.
5.
M
engapa seekor anjing setelah berlarian akan menjulurkan lidahnya?
Jelaskan.
186
Kelas VII SMP/MTs
Semester 1
•
PENERAPAN
Kerjakan soal-soal berikut dengan benar.
1.
T
entukan kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 2 kg air, sehingga
suhunya naik 50
o
C. Kalor jenis air 4200 J/(kg K).
2.
G
ambarkan arus konveksi pada gambar di bawah ini.
Sumber: Dok. Kemdikbud
Gambar 4.34 Arus konveksi
3.
S
emangkok air dan semangkok alkohol yang ukurannya sama diletakkan di
atas meja di dekat jendela pada siang hari yang cerah. Beberapa jam kemudian
ternyata volume kedua zat cair itu berkurang. Namun alkohol lebih banyak
berkurang dibandingkan dengan air. Manakah penjelasan yang paling tepat
terhadap kejadian itu? Pilih yang paling tepat dan jelaskan.
a.
S
emua cairan menguap.
b.
A
lkohol mendapatkan kalor yang lebih banyak daripada air.
c.
Za
t cair tertentu menguap lebih cepat dibandingkan dengan jenis zat
cair yang lain.
d.
Za
t cair hanya menguap saat hari cerah.
e.
A
ir lebih panas dibandingkan dengan alkohol.
4.
S
endok logam, sendok plastik, dan sendok keramik diletakkan pada air panas.
Setelah 15 detik, adakah sendok yang terasa paling panas? Coba jelaskan.
Mengapa marmer atau keramik terasa lebih dingin daripada lantai
yang diberi alas karpet? Coba jelaskan.
Berpikir Kritis
187
Ilmu Pengetahuan Alam
Buatlah rancangan pemanas (misalnya kompor atau pemanas air)
yang memanfaatkan energi surya.
T
UGAS
P
ROJEK