Halaman
Modul .Fisika Kelas XI KD 3.5@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN1SUHU DAN KALORFISIKA KELAS XIPENYUSUNKusrini,S.Pd,M.PdSMA NEGERI 9 BEKASI
Modul .Fisika Kelas XI KD 3.5@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN2DAFTAR ISIPENYUSUN.................................................................................................................................................1DAFTAR ISI................................................................................................................................................2GLOSARIUM...............................................................................................................................................3PETA KONSEP...........................................................................................................................................4PENDAHULUAN.......................................................................................................................................5A. Identitas Modul..............................................................................................................5B. Kompetensi Dasar..........................................................................................................5C. Deskripsi Singkat Materi...............................................................................................5D. Petunjuk Penggunaan Modul.........................................................................................5E. Materi Pembelajaran......................................................................................................6KEGIATAN PEMBELAJARAN 1...........................................................................................................7SUHU............................................................................................................................................................7A.Tujuan Pembelajaran.....................................................................................................7B.Uraian Materi.................................................................................................................7C.Rangkuman..................................................................................................................12D.Latihan Soal.................................................................................................................13E.Penilaian Diri...............................................................................................................15KEGIATAN PEMBELAJARAN 2........................................................................................................16KALOR......................................................................................................................................................16A.Tujuan Pembelajaran...................................................................................................16B.Uraian Materi...............................................................................................................16C.Rangkuman..................................................................................................................24D.Penugasan Mandiri.......................................................................................................25E.Latihan Soal.................................................................................................................25G.Penilaian Diri...............................................................................................................27EVALUASI................................................................................................................................................28DAFTAR PUSTAKA...............................................................................................................................32
Modul .Fisika Kelas XI KD 3.5@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN3GLOSARIUMSuhu:derajat panas atau dingin yang dirasakan inderaKalor:proses transfer energi dari suatu zat ke zat lainnya dengan di ikuti perubahan suhuKalor jenis:jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 kg suatu zat sebesar 1 KKalor Laten:kalor yang dibutuhkan benda untuk mengubah wujudnya per satuan massaKoefisien muai panjang:perbandingan antara pertambahan panjang zat dengan panjang mula-mula zat, untuk tiap kenaikan suhu sebesar satu satuan suhuKapasitas Kalor:Jumlah kalor yang diperlukan atau dilepaskan jika suhu benda tersebut dinaikkan atau diturunkan 1K atau 1oCAzas Black:pada pencampuran dua zat, banyaknya kalor yang dilepas zat yang suhunya lebih tinggi sama dengan banyaknya kalor yang diterima zat yang suhunya lebih rendahKonduksi:peristiwa perpindahan kalor melalui suatu zat tanpa disertai dengan perpindahan partikel partikelnyaKonveksi:perambatan kalor yang disertai perpindahan massa atau perpindahan partikel partikel zat perantaranya seperti partikel udaraRadasi:perpindahan kalor pada suatu zat tanpa melalui zat antara
Modul .Fisika Kelas XI KD 3.5@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN4PETA KONSEP
Modul .Fisika Kelas XI KD 3.5@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN5PENDAHULUANA. Identitas ModulMata Pelajaran: FISIKAKelas:XIAlokasi Waktu:8 JP (2 X PERTEMUAN@4 JP)Judul Modul:SUHU DAN KALORB. Kompetensi Dasar3.5 Menganalis pengaruh kalor dan perpindahan kalor yang meliputi karakteristik termal suatu bahan, kapasitas dan konduktivitas kalor pada kehidupan sehari -hari4.5Merancang dan melakukan percobaan tentang karakteristik termal suatu bahan, terutama terkait dengan kapasitas dan konduktivitas kalor, beserta presentasi hasil percobaan dan pemanfaatannyaC. Deskripsi Singkat MateriSalam semangat belajar...!!!!Semoga kita semua dalam keadaan sehat agar dapat terus belajar dan belajar.Dalam modul ini,kalian akan mempelajari tentang Suhu dan Kalor yang meliputi termometer dan skala suhu, pengaruh kalor pada zat, perpindahan kalor dan pemuaian zatSetelah mempelajari materi dalam modul ini diharapkan kalian dapatmengaplkasikan konsep konsep dan prinsip pada pokok bahasan suhu dan kalor ini dalam memecahkan permasalahan dalam kehidupan sehari hari Sebagai prasyarat pengetahuan sebelum mempelajari materi ini, kalian diharapkan sudah mempelajari sifat sifat zat dan perubahan wujud. D. Petunjuk Penggunaan ModulMulailah sebelum mempelajari isi modul ini dengan berdoa, agar ilmu yang kita dapat membawa manfaat dan keberkahan dalam hidup kita.Berikut petunjuk penggunaan modul ini :1.Pahami setiap konsep yang disajikan pada uraian materi yang disajikan dan contoh soal pada tiap kegiatan belajar dengan baik dan cermat2.Jawablah soal tes formatif yang disediakan pada tiap kegiatan belajarterlebih 3.Jika terdapat tugas untuk melakukan kegiatan praktek, maka bacalah terlebih dahulu petunjuknya, dan bila terdapat kesulitan tanyakan pada guru
Modul .Fisika Kelas XI KD 3.5@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN6E.Materi PembelajaranModul ini terbagi menjadi 2kegiatan pembelajarandandi dalamnya terdapat uraian materi, contoh soal, soal latihan dan soal evaluasi.Pertama :Suhu, Pengaruh kalor pada zat dan Azas BlackKedua : Pemuaianzat dan Perpindahan kalor secara konduksi, konveksi, dan radiasi
Modul .Fisika Kelas XI KD 3.5@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN7KEGIATAN PEMBELAJARAN 1SUHUA.Tujuan PembelajaranSetelah kegiatan pembelajaran 1 ini,diharapkanpeserta didik dapat:1.mengkonversi suhu dari skala yang satu ke skala termometer yang lain;2.menganalisis perubahan suhu pada suatu benda terhadap kalor pada benda tersebut; dan3.menganalisis jumlah kalor yang diterima dan jumlah kalor yng dilepas pada suatu benda memiliki besar yang sama.B.Uraian Materi1. SuhuSalah satu langkah antisipasi pencegahan terinfeksi virus corona adalah memeriksasuhu tubuh seperti terlihat pada gambar. Maka dari itu, di sejumlah tempat umum seperti pusat perbelanjaan hingga bandara selalu menerapkan pengecekan suhu tubuh. Dari suhu tubuh itulah, seseorang bisa mengetahui kondisi tubuhnya sedang sehat atau tidak. Upaya ini merupakan salah satu cara pencegahan penularan covid -19. Sehingga dapat kita simpulkan betapa pentingnya suhu dalam kehidupan kita sehari hari. Suhu merupakan derajat panas atau dingin yang dirasakan indera. Alat yang biasa digunakan untuk pengukur suhu dinamakan termometer.a.TermometerTermometer merupakan alat yang sederhana dengan fungsi yang besar. Ada bermacam macam termometer mulai dari yang analog sampai yang digital, mulai dari yang menggunakan air raksa sampai yang menggunakan infra merah.
Modul .Fisika Kelas XI KD 3.5@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN8b.Skala SuhuTerdapat 4 skala suhu yang digunakan pada termometer dintaranya Celcius (oC), Reamur (oR),Fahrenheit (oH)dan Kelvin (K)Konversi antara 4 skala tersebut ditunjukkan oleh tabel berikut :Skala Celcius dan Fahrenheit banyak kita temukan di kehidupan sehari hari, sedangkan skala suhu yang ditetapkan sebagai Satuan Internasional adalah Kelvin.Berikut gambaran mengkonversi suhu pada 2 termometer yang berbeda secara umum dituliskan:Contoh soalSuhu udara dalam suatu ruangan 95oF. Nyatakan suhu tersebut dalam Kelvin!JawabKonversi Fahrenheit ke kelvinK = 59( F-32) +273= 59( 95-32) +273= 35 +273= 308 K
Modul .Fisika Kelas XI KD 3.5@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN92. Kalora.Pengaruh Kalor pada zatGambar diatas menunjukkan air yang sedang dipanaskan hingga mendidih. Saat air dipanaskan ada proses transfer energi dari satu zat ke zat lainnya yang disertai dengan perubahan suhu atau yang di sebut dengan kalor. Kalor yang diterima air ini digunakan untuk menaikkan suhunya sampai mencapai titik didih bahkan untuk merubah wujud dari cair menjadi gas. 1)Kalor Jenis dan Kapasitas KalorKalor jenis suatu benda didefinisika sebagai jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 kg suatu zat sebesar 1 K. Kalor jenis ini menunjukkan kemampuan suatu benda untuk menyerap kalor. Semakin besar kalor jenis suatu benda, semakin besar pula kemampuan benda tersebut dalam menyerap kalor.Secara matematisc = 𝑄𝑚.𝛥.𝑇atau Q = m.c.ΔTdenganc = kalor jenis suatu zat (Jkg-1 oC-1)m = massa zat (kg)ΔT = perubahan suhu (oK)Q= banyak kalor yang diterima atau dilepas (J)Kapasitas kalor suatu benda adalah jumlah kalor yang diperlukan atau dilepaskan jika suhu benda tersebut dinaikkan atau diturunkan 1 K atau 1oC. Secara matematis dapat dirumuskan sebagai berikut:C = 𝑄ΔTatau C = m.cDenganC = kapasitas kalor (JK-1)
Modul .Fisika Kelas XI KD 3.5@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN10Contoh SoalAir sebanyak 3 kg bersuhu 10oC dipanaskan hingga bersuhu 35oC. Jika kalor jenis 4.186 Jkg-1 oC-1, temtukan kalor yang diserap air tersebut!Diketahui :m = 3 kgΔT = 35 -10 = 25 oCc = 4.186 Jkg-1 oC-1DitanyakanQ = ..?JawabQ = m.c. ΔT= 3 . 4186 . 25= 313.950 J2)Perubahan Wujud ZatKalor yang diterima atau dilepaskan suatu zat dapat mengakibatkan pada perubahan wujud suatu zat. Penerimaan kalor akan meningkatkan suhu dan dapat mengubah wujud zat dari padat menjadi cair atau cair menjadi gas. Sedangkan pelepasan kalor dapat menurunkansuhu atau merubah wujud dari cair menjadi padat atau gas menjadi cair.Ketika sedang berubah wujud, walaupun terdapat pelepasan atau penyerapan kalortetapi tidak digunakan untuk menaikkan atau menurunkan suhu. Kalor ini disebut Kalor laten atau L. Kalor laten adalah kalor yang dibutuhkan benda untuk mengubah wujudnya per satuan massa. Secara matematisL = 𝑄𝑚DenganL = kalor laten ( Jkg-1)Q = kalor yang dibutuhkan saat perubahan wujud (J)m = massa zat (kg)Contoh soalAir sebanyak 100 gram bersuhu 70oC disiramkan pada balok es bersuhu 0oC hingga semua es melebur. Jika kalor lebur es 0,5 kkal/kg dan kalor jenis air 1 kkalkg-1oC-1, tentukan massa es yang melebur.PembahasanDiketahui:mair= 100 g = 0,1 kgTair= 40oCCair= 1 kkal.kg-1Lb= 0,5 kkal.kg-1Ditanyakan: mes?
Modul .Fisika Kelas XI KD 3.5@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN11JawabDalam kasus ini, air melepaskan kalor dan es menerima kalor, Suhu air sama dengan suhu es yakni 0oC.Qair= Qesmaircair ∆T = mesLb0,1 × 1 × (40–0) = mes× 0,50,5mes= 4mes= 40,5mes= 8 kg3)Azas BlackAsas Black adalah suatu prinsip dalam termodinamika yang dikemukakan oleh Joseph Black. Bunyi Asas Black adalah sebagai berikut:“Pada pencampuran dua zat, banyaknya kalor yang dilepas zat yang suhunya lebih tinggi sama dengan banyaknya kalor yang diterima zat yang suhunyalebihrendah”.Energi selalu kekal sehingga benda yang memiliki temperatur lebih tinggi akan melepaskan energi sebesar QLdan benda yang memiliki temperatur lebih rendah akan menerima energi sebesar QTdengan besar yang sama.Secara matematis, pernyataan tersebut dapat ditulis sebagai berikut.Q lepas = Q terimaKeterangan:QLepas= jumlah kalor yang dilepaskan oleh zat (Joule)QTerima= jumlah kalor yang diterima oleh zat (Joule)Besarnya kalor dapat dihitung dengan menggunakan persamaanQ = mc∆T.Ketika menggunakan persamaan ini, perlu diingat bahwa temperatur naik berarti zat menerima kalor, dan temperatur turun berarti zat melepaskan kalor, makaQLepas= QTerimam1c1∆T1= m2c2∆T2dengan∆T1= T–Takhirdan∆T2= Takhir–T sehingga m1c1(T1–Tc) = m2c2(Tc–T2)Keterangan:m1= massa benda 1 yang suhunya tinggi (kg)m2= massa benda 2 yang suhunya rendah (kg)c1= kalor jenis benda 1 (J/kgoC)c2= kalor jenis benda 2 (J/kgoC)T1= suhu mula-mula benda 1 (oC atau K)
Modul .Fisika Kelas XI KD 3.5@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN12T2= suhu mula-mula benda 2 (oC atau K)Tc= suhu akhir atau suhu campuran (oC atau K)Contoh soalAir bermassa 200 gram bersuhu 30°C dicampur air mendidih bermassa 100 gram dan bersuhu 90°C. (Kalor jenis air = 1 kal.gram−1°C−1). Suhu air campuran pada saat keseimbangan termal adalah....PembahasanDiketahuim1= 200 gram = 0,2 kgT1= 30oCT2= 100oCm2 = 100 gram = 0,1 kgc = 1 kal.gram−1°C−1DitanyakanTc=..?JawabQlepas=Qterimam2.c.ΔT=m1.c.ΔT0,1.(90–Tc)=0,2.(Tc–30)45-0,5Tc=Tc-3075=1,5TcTc=50oCC.Rangkuman1.Suhu merupakan derajat panas atau dingin yang dirasakan indera. Alat yang biasa digunakan untuk pengukur suhu dinamakan termometer.. Terdapat 4 skala suhu yang digunakan pada termometer dintaranya Celcius (oC), Reamur (oR), Fahrenheit (oH)dan Kelvin (K)2.Kalor merupakan proses transfer energi dari suatu zat ke zat lainnya dengan di ikuti perubahan suhu3.Kalor jenis suatu benda didefinisika sebagai jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 kg suatu zat sebesar 1 K. Kalor jenis ini menunjukkan kemampuan suatu benda untuk menyerap kalor.Secara matematisc = 𝑄𝑚.𝛥.𝑇atau Q = m.c.ΔT4.Kapasitas kalor suatu benda adalah jumlah kalor yang diperlukan atau dilepaskan jika suhu benda tersebut dinaikkan atau diturunkan 1 K atau 1oC. Secara matematis dapat dirumuskan sebagai berikut:C = 𝑄ΔTatau C = m.c5.Kalor laten merupakan kalor yang dibutuhkan benda untuk mengubah wujudnya per satuan massa. Secara matematisL = 𝑄𝑚6. Bunyi Asas Black adalah sebagai berikut.“Pada pencampuran dua zat, banyaknya kalor yang dilepas zat yang suhunya lebih tinggi sama dengan banyaknya kalor yang diterima zat yang suhunya lebih rendah”.Q lepas = Q terima
Modul .Fisika Kelas XI KD 3.5@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN13D.Latihan Soal1.Sebuah zat cair diukur suhunya menggunakan termometer celcius diperoleh angka 40oC. Berapakah jika zat cair tersebut diukur suhunya menggunakan termometer reamur?2.Kalor yang dibutuhkan oleh 3 kg zat untuk menaikkan suhunya dari 10oC sampai 80oC adalah 9,45 kJ. Berapakah kalor jenis zat tersebut?3.Sebongkah es dengan massa 100 gram memiliki suhu -10oC. Jika Es tersebut ingin diubah menjadi air yang bersuhu 10oC, berapakah kalor yang harus diberikan? (kalor jenis air = 4200 J/KgK, kalor jenis es = 2100 J/KgK, kalor lebur es = 336 KJ/Kg)4.Air sebanyak 0,5 kg yang bersuhu 100oC dituangkan ke dalam bejana dari aluminium yang memiliki massa 0,5 kg. Jika suhu awal bejana sebesar 25oC, kalor jenis aluminium 900 J/kgoC, dan kalor jenis air 4.200 J/kgoC, maka tentukan suhu kesetimbangan yang tercapai! (anggap tidak ada kalor yang mengalir ke lingkungan)
Modul .Fisika Kelas XI KD 3.5@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN14Penyelesaian soal no 1Diketahui:tc= 40oCDitanyakan: tR?Jawab:Mengubah skala celcius ke reamurperbandingan skala termometer reamur dan celcius adalah sebagai berikut.tR=4tC5Maka:tR=45×tCtR=45×40tR= 32Jadi, ketika diukur dengan termometer reamur, suhunya adalah 32oR.Penyelesaian soal no 2Diketahui:m = 3 kg∆T = 80oC–10oC = 70oCQ = 9,45 kJ = 94.500 JDitanyakan: cJawab:c=Qm∆Tc=94.500 J3 kg × 70oCC=94.500 J210 kgoCC=450 J.kg-1oC-1jadi kalor jenis zat tersebut adalah 450 Jkg-1oC-1Penyelesaiansoal no 3Diketahuim es= 100 gram = 0,1 kgTes = -10oCTair = 10oCkalor jenis air = 4200 JKg-1Kkalor jenis es = 2100 JKg-1Kkalor lebur es = 336 KJKg-1= 336.000 JKg-1DitanyakanQ ?Jawab Q = Q1 + Q2+ Q3Q1 kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu es dari-10 menjadi 0oCQ1= m es . c es . ΔT= 0,1 . 2100. 10= 2100 Joule
Modul .Fisika Kelas XI KD 3.5@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN15Q2, kalor untuk merubah wujud dari es menjadi air 0oCQ2= m. L= 0,1 . 336.000= 33.600 JQ3, kalor untuk menaikkan suhu dari 0oC air menjadi 10oC airQ3= m air . c air . ΔT= 0,1 . 4200 . 10= 4200 JKalor yang dibutuhkan untuk menaiikan suhu es dari -10oC menjadi 0oCQ = 2100 + 33600 + 4200= 39.900 JPenyelesaiansoal no 4Diketahui:mbjn= 0,5 kgmair= 0,5 kgTair= 100oCTbjn= 25oCcair= 4.200 Jkg-1oC-1cbjn= 900 Jkg-1oC-1Ditanyakan: Takhir/Ttermal= ... ?Jawab:QLepas= QTerimamair× cair×∆Tair= mbjn× cbjn×∆Tbjnmair× cair× (Tair–Ttermal) = mbjn× cbjn× (Ttermal–Tbjn)0,5 × 4.200 × (100–Ttermal) = 0,5 × 900 × (Ttermal–25)2.100 × (100–Ttermal) = 450 × (Ttermal–25)210.000–2.100Ttermal= 450Ttermal–11.250450Ttermal+ 2.100Ttermal= 210.000 + 11.2502.550Ttermal= 221.250Ttermal= 221.2502550Ttermal= 86,76oCJadi, suhu kesetimbangannya adalah 86,76oC.E.Penilaian DiriNOPERNYATAANJAWABANYATIDAK1Saya sudah mampu mengkonversi suhu dari skala yang satu ke skala termometer yang lain2Saya sudah mampu menganalisis perubahan suhu pada suatu benda terhadap kalor pada bendatersebut3Saya sudah dapat menganalisis jumlah kalor yang diterima dan jumlah kalor yng dilepas pada suatu benda memiliki besar yang samaApabilakalian menjawab pernyataan jawaban Ya, berarti telah memahami dan menerapkan semua materi. Bagi yang menjawab tidak silahkan mengulang materi yang terkait.
Modul .Fisika Kelas XI KD 3.5@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN16KEGIATAN PEMBELAJARAN 2KALORA.Tujuan PembelajaranSetelah kegiatan pembelajaran 2ini,diharapkan peserta didik dapat:1.menentukan panjang benda setelah mengalami muai panjang;2.menentukan luas bendasetelah mengalami muai luas;3.menentukan volume benda setelah mengalami muai volume;4.menentukan jumlah kalor yang dibutuhkn untuk menaikkan suhu;5.menentukan jumlah kalor yang digunakan untuk mengubah wujud zat; dan6.menentukanlaju aliran kalor secara konduksi, konvesi maupun radiasi.B.Uraian Materi1. Pemuaian ZatGambar diatas menunjukkan gambar sambungan antar rel kereta api yang dibuat agak renggang untuk memberi ruang saat rel mengalami pemuaian. Pemuaian zat umumnya terjadi ke segala arah, ke arah panjang, ke arah lebar dan ke arah tebal. Namun, pada pembahasan tertentu mungkin kita hanya memandang pemuaian ke satu arah tertentu, misalnya ke arah panjang, sehingga kita hanya hanya membahas pemuaian panjang.a.Pemuaian Zat CairPada umumnya setiap zat memuai jika dipanaskan, kecuali air jika dipanaskan dari 0oC sampai 4oC akan menyusut. Sifat keanehan air seperti itu disebut anomali air. Grafik anomali air seperti diperlihatkan pada gambar berikut ini.Keterangan:Pada suhu 4oC diperoleh:
Modul .Fisika Kelas XI KD 3.5@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN17a) volume air terkecilb) massa jenis air terbesarKarena pada zat cair hanya mengalami pemuaian volume, maka pada pemuaian zat cair hanya diperoleh persamaan berikut.Vt= V0(1 +γ∆T)∆V =γV0∆TTabel Koefisien Muai Ruang Zat Cair untuk Beberapa Jenis Zat dalam Satuan K-1No.Jenis Zat CairKoefisien muai Panjang1.Alkohol0,00122.Air0,00043.Gliserin0,00054.Minyak parafin0,00095.Raksa0,0002b.Pemuaian Zat Padat1)Muai PanjangPemuaian panjang disebut juga dengan pemuaian linier. Pemuaian panjang zat padat berlaku jika zat padat itu hanya dipandang sebagai satu dimensi (berbentuk garis)Untuk pemuaian panjang digunakan konsep koefisien muai panjang atau koefisien muai linier yang dapat didefinisikan sebagai perbandingan antara pertambahan panjang zat dengan panjang mula-mula zat, untuk tiap kenaikan suhu sebesar satu satuan suhu.Jika koefisien muai panjang dilambangkan dengan α dan pertambahan panjang ΔL, panjang mula-mula L0dan perubahan suhu ΔT maka koefisien muai panjang dapat dinyatakan dengan persamaan:α=∆𝐿𝐿.∆𝑇Sehingga satuan dariαadalah 1/K atau K-1. Dari persamaan di atas, diperoleh pula persamaan berikut.ΔL = α L ΔTDimana∆L = Lt–L0, Lt–L0=αL0∆T
Modul .Fisika Kelas XI KD 3.5@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN18Lt= L0+αL0∆TLt= L0(1+α∆T)Keterangan:Lt= panjang benda saat dipanaskan (m)L0= panjang benda mula-mula (m)α= koefisien muai linear/panjang (/oC)∆T= perubahan suhu (oC)Tabel Koefisien Muai Panjang dariBeberapa Jenis Zat PadatJenis BahanKoefisien muai Panjang(dalam K-1)Kaca0,000009Baja/besi0,000011Aluminium0,000026Pirex (Pyrex)0,000003Platina0,000009Tembaga0,0000172)Muai LuasJika zat padat tersebut mempunyai 2 dimensi (panjang dan lebar), kemudian dipanasi tentu baik panjang maupun lebarnya mengalami pemuaian atau dengan kata lain luas zat padat tersebut mengalami pemuaian. Koefisien muai pada pemuaian luas ini disebut dengan koefisien muai luas yang diberi lambang βAnalog dengan pemuaian panjang, maka jika luas mula-mula A0, pertambahan luas ΔA dan perubahan suhu ΔT, maka koefisien muai luas dapat dinyatakan dengan persamaan:β=∆𝐴𝐴.∆𝑇Dari persamaan di atas, diperoleh pula persamaan berikutΔA = β A ΔTDimana∆A = At–A0, sehingga persamaan menjadi:At–A0=βA0∆TAt= A0+βA0∆TAt= A0(1+β∆T)
Modul .Fisika Kelas XI KD 3.5@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN19Nilaiβ= 2αsehingga persamaan diatas dapat juga ditulis sebagai berikut.At= A0(1+2α∆T)Keterangan:At= luas benda saat dipanaskan (m2)A0= luas benda mula-mula (m2)β = 2α= koefisien muai luas(/oC)∆T = perubahan suhu (oC)3)Muai VolumeZat padat yang mempunyai bentuk ruang, jika dipanaskan mengalami pemuaian volum. Koefisien pemuaian pada pemuaian volum ini disebut dengan koefisien muai volum atau koefisien muai ruang yang diberi lambangγ. Jika volum mula-mula V0, pertambahan volum ΔV dan perubahan suhu ΔT, maka koefisien muai volum dapat dinyatakan dengan persamaan:Υ=∆𝑉𝑉∆𝑇Dari persamaan di atas, diperoleh pula persamaan berikut.ΔV = ΥVoΔTDimana∆V = Vt–V0, sehingga menjadi:Vt–V0=γV0∆TVt= V0+γV0∆TVt= V0(1+γ∆T)nilaiγ= 3αsehingga persamaan diatas dapat juga ditulis sebagaiberikut.Vt= V0(1+3α∆T)Keterangan:Vt= luas benda saat dipanaskan (m3)V0= luas benda mula-mula (m3)γ= 3α= koefisien muai volume (/oC)∆T = perubahan suhu (oC)
Modul .Fisika Kelas XI KD 3.5@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN20c.Pemuaian Zat GasJika gas dipanaskan, maka dapat mengalami pemuaian volume dan dapat juga terjadi pemuaian tekanan. Dengan demikian pada pemuaian gas terdapat beberapa persamaan, sesuai dengan proses pemanasannya.1)Pemuaian Volume pada Tekanan Tetap (Isobarik)Jika gas dipanaskan pada tekanan tetapmaka volume gas sebanding dengan suhu mutlak gas itu..Secara matematik dapat dinyatakan:V ~ TAtau secara lengkap dapat ditulis dalam bentuk persamaan berikut𝑉𝑇= tetap atau 𝑉1𝑇1= 𝑉2𝑇22)Pemuaian Tekanan Gas pada Volume Tetap (Isokhorik)Jika pemanasan terus dilakukan pada gas dalam ruang tertutup, maka tekanan gas sebanding dengan suhu mutlak gastersebut. Secara matematik dapat dinyatakan sebagai berikut.P ~ TAtau secara lengkap dapat ditulis dalam bentuk persamaan berikut.𝑃𝑇= tetap atau𝑃1𝑇1= 𝑃2𝑇23)Pemuaian Volume Gas pada Suhu Tetap (Isotermis)Jika gas dipanaskan dengan suhu tetap, tekanan gas berbanding terbalik dengan volume gas. P = 1𝑉diperoleh:P.V = tetap atau P1V1= P2V2Jika pada proses pemuaian gas terjadi tekanan berubah, volum berubah dan suhu berubah maka dapat diselesaikan dengan persamaanhukum Boyle -Gay Lussac𝑃.𝑉𝑇= tetap atau𝑃1𝑉1𝑇1= 𝑃2𝑉2𝑇2c. Perpindahan Kalor
Modul .Fisika Kelas XI KD 3.5@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN21Perpindahan kalor(panas) dapat dibagi menjadi tiga jenis berdasarkan medium perantaranya. Tiga jenis perpindahan kalor tersebut adalah konduksi, konveksi, dan radiasi.Gambar diatas dapat menjelaskan 3 jenis perpindahan panas secara konduksi, konveksi dan radiasi secara sekaligus. Rambatan kalor api dari kompor ke panci adalah proses radiasi, kemudian air yang panas di bagian bawah panci akan bergerak ke atas bertukarposisi dengan air ddingin i bagian atas menghasilkan transfer kalor melalui konveksi, dan panas yang terdapat di pemegang panci yang terbuat dari logam dapat dihantarkan ke tangan melalui proses konduksi.1.KonduksiGambar diatas menunjukkan sebuah batang logam yang salah satu ujungny dipanaskan datas api sementara ujung yang satu lagi dipegang tangan. Panas yang terjadi di ujung logam yang dipanaskan di atas api dirasakan juga oleh tangan yang memegang ujung logam yang lainnya. Ini membuktikan adanya aliran kalor (panas) pada logam.Peristiwa perpindahan kalor melalui suatu zat tanpa disertai dengan perpindahan partikel partikelnya disebut konduksi. Jumlah kalor yang dipindahkan per satuan waktu, secara matematis dituliskan:𝑄∆𝑇= H = kA∆𝑇𝐿DenganH = jumlah kalor yang merambat tiap satuan waktu= laju aliran kalor (Js-1)k = koefisien konduksi termal (Jm-1s-1K-1)A = luas penampang batang (m2)L = panjang batang (m)ΔT = perbedaan suhu antara kedua ujung batang (K)Contoh SoalBatang logam dengan panjang 2 meter memiliki luas penampang 20 cm2dan perbedaan suhu kedua ujungnya 50oC. Jika koefisien konduksi termal 0,2 kalm-1s-1oC-1tentukan laju aliran kalor !PembahasanDiketahui :L = 2 mA = 20 cm2= 20.10-4m2k= 0,2 kalm-1s-1oC-1ΔT = 50oCDitanyakanH = ...?
Modul .Fisika Kelas XI KD 3.5@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN22JawabH = kA∆𝑇𝐿= 0,2. 20.10-4.502= 0,01 kals-12.KonveksiSaat kalian merebus air maka akan terjadi aliran (perpindahan ) kalor dari air yang panas dibagian bawah dengan air yang dingin dibagian atas wadah. Peristiwa perpindahan kalor yang disertai perpindahan massa atau perpindahan partikel partikel zat perantaranyadisebut dengan aliran kalor secara konveksi. Laju kalor secara konveksi , secara matematis dapat dirumuskan:H = h A ΔTDenganH = laju perpindahan kalor (Js-1)h = koefisen konveksi termal (Js-1m-2K-1)A = luas permukaan (m2)ΔT = perbedaan suhu (K)Contoh SoalSuatu fluida dengan koefisien konveksi termal 0,01 kalm-1s-1oC-1, memiliki luas penampang aliran 20 cm2. Jika fluida tersebut mengalir dari dinding yang bersuhu 100oC ke dinding lainnya yang bersuhu 20oC dan kedua dinding sejajar, berapakah besar kalor yang dirambatkan ?PembahasanDiketahui :h = 0,01kalm-1s-1oC-1A = 20 cm2= 20.10-4m2ΔT= 100 –20 = 80oCDitanyakanH = ...?JawabH = hAΔT= 0,01 .20.10-4.80= 1,6 . 10-3kals-1
Modul .Fisika Kelas XI KD 3.5@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN233.RadiasiSaat kalian berkumpul di sekitar api unggun, akan dirasakan panas dari api yang menyala. Peristiwa perpindahan kalor tanpa zat perantara disebut dengan radiasi. Besar laju aliran kalor secara matematis dirumuskan :∆𝑄∆𝑡= eσ A T4Dengan Q = Kalor yang dipancarkan (J)T = suhu mutlak (K)e = emisivitas bahanσ = tetapan Boltzman = 5,67 . 10-8Wm-1K-4A = luas penampang benda (m2)Contoh soalSebuah lampu pijar menggunakan kawat wolfram dengan luas 10-6m2dan emisivitasnya 0,5. Bila bola lampu tersebut berpijar pada suhu 1000K selama 5 sekon (σ= 5,67 . 10-8W m-1K -4), Hitunglan jumlah energi radiasi yang dipancarkan!PembahasanDiketahuiA = 10-6m2e = 0,5T = 1000 Kt =5sekonσ= 5,67 . 10-8W m-1K -4DitanyakanΔQ = ..?∆𝑄∆𝑡= eσ A T4∆𝑄= eσ A T4Δt= 0,5. 5,67 . 10-8. 10-610004. 5= 14,175.10-2J
Modul .Fisika Kelas XI KD 3.5@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN24C.Rangkuman1. Pemuaian Zat CairPada zat cair hanya mengalami pemuaian volume,dengan persamaan berikut.Vt= V0(1 +γ∆T)∆V =γV0∆T2. Pemuaian zat padata. Muai panjangPemuaian panjang disebut juga dengan pemuaian linier. Pemuaian panjang zat padat berlaku jika zat padat itu hanya dipandang sebagai satu dimensi (berbentuk garis)Lt= L0(1+α∆T)b. Muai LuasJika zat padat tersebut mempunyai 2 dimensi (panjang dan lebar), kemudian dipanasi tentu baik panjang maupun lebarnya mengalami pemuaian At= A0(1+β∆T)c. Muai VolumeZat padat yang mempunyai bentuk ruang, jika dipanaskan mengalami pemuaian volumeVt= V0(1+γ∆T)3. Pemuaian zat gasa. IsobarikJadi pada tekanan tetap, volume gas sebanding dengan suhu mutlak gas itu. Pernyataan itu disebutHukum Gay-Lussac. Secara matematik dapat dinyatakan:V ~ TAtau secara lengkap dapat ditulis dalam bentuk persamaan berikut𝑉𝑇= tetap atau 𝑉1𝑇1= 𝑉2𝑇2b. Isokhorik Pada volume tetap tekanan gas sebanding dengan suhu mutlak gas. Pernyataan itu disebut juga denganhukum Gay-Lussac. Secara matematik dapat dinyatakan sebagai berikut.P ~ TAtau secara lengkap dapat ditulis dalam bentuk persamaan berikut.𝑃𝑇= tetap atau 𝑃1𝑇1= 𝑃2𝑇2c. IsotermisPada suhu tetap, tekanan gas berbanding terbalik dengan volume gas. Pernyataan itu disebuthukum Boyle. Salah satu penerapan hukum Boyle yaitu pada pompa sepeda.Dari hukum Boyle tersebut, diperoleh:P.V = tetap atau P1V1= P2V2Jika pada proses pemuaian gas apabila terjadi dengan tekanan berubah, volumberubah
Modul .Fisika Kelas XI KD 3.5@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN25dan suhu berubah maka dapat diselesaikan 7. Perpindahan kalor secara konduksiPeristiwa perpindahan kalor melalui suatu zat tanpa disertai dengan perpindahan partikel partikelnya disebut konduksi. Jumlah kalor yang dipindahkan per satuan waktu, secara matematis dituliskan:𝑄∆𝑇= H = kA∆𝑇𝐿8. Perpindahan kalor secara konvekiPeristiwa perpindahan kalor yang disertai perpindahan massa atau perpindahan partikel partikel zat perantaranya. Laju kalor secara konveksi , secara matematis dapat dirumuskan: H = h A ΔT9. Perpindahan kalor secara radiasiPeristiwa perpindahan kalor tanpa zat perantara disebut dengan radiasi. Besar laju aliran kalor secara matematis dirumuskan :∆𝑄∆𝑡= eσ A T4D.Penugasan Mandiri Judul: KonduksiTujuan: Mengamati gejala aliran kalor secara konduksiAlat dan Bahan:1)Lilin2)Korek api3)Sendok besi4)Margarin5)Penjepit kayuCara Kerja1)Bakarlah sebatang lilin2)Letakkan margarin di ujung sendok3)Bakarlah batang sendok diatas lilin sambul dijepit 4)Amati apa yang terjadiPertanyaan1.Apakah margarin di ujung sendok akan meleleh? Mengapa?2.Buatlah suatu kesimpulan dari hasil pengamatan kalian!E.Latihan Soal1.Sebatang besi yang panjangnya 80 cm, dipanasi sampai 50oC ternyata bertambah panjang 5 mm.Berapa pertambahan panjang besi tersebut jika panjangnya 50 cm dipanasi sampai 60oC?2.Sebuah bejana tembaga dengan volume 100 cm3diisi penuh dengan air pada suhu 30oC. Kemudian keduanya dipanasi hingga suhunya 100oC. Jikaαtembaga = 1,8×10-5/oC danγair = 4,4×10-4/oC. Berapa volume air yang tumpah saat itu?3.Gas dalam ruang tertutup mempunyai tekanan 1 cmHg. Jika kemudian gas tersebut ditekan pada suhu tetap sehingga volum gas menjadi1/4volum mula-mula, berapa tekanan gas yang terjadi?
Modul .Fisika Kelas XI KD 3.5@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN26Penyelesaian Latihan SoalPenyelesaiansoal no 1Diketahui:L01= 80 cmL02= 50 cm∆T1= 50oC∆T2= 60oC∆L1= 5 mmDitanyakan:∆L2= ...?Jawab:Karena jenis bahan sama (besi), maka:α1=α25=∆L2400030004000∆L2= 5 × 30004000∆L2= 15000∆L2= 15000/4000∆L2= 3,75 mmPenyelesaiansoal no 2Diketahui:V0tembaga = V0air = 100 cm3∆T = 100oC–30oC = 70oCαtembaga = 1,8 × 10-5/oCγtembaga = 3α= 3 × 1,8 × 10-5= 5,4 × 10-5/oCγair = 4,4 × 10-4/oCDitanyakan: V air yang tumpah = ...?Jawab:Untuk tembaga:Vt= V0(1 +γ∆T)Vt= 100(1 + 5,4 × 10-5× 70)Vt= 100(1 + 3,78 × 10-3)Vt= 100(1 + 0,00378)Vt= 100(1,00378)Vt= 100,378 cm3Untuk air:Vt= V0(1 +γ∆T)Vt= 100(1 + 4,4 × 10-4× 70)Vt= 100(1 + 3,08 × 10-2)Vt= 100(1 + 0,0308)Vt= 100(1,0308)Vt= 103,08 cm3Jadi, volume air yang tumpah adalah sebagai berikut.V air tumpah = Vtair–VttembagaV air tumpah = 103,08–100,378V air tumpah = 2,702 cm3∆L1=∆L2L01∆T1L02∆T25=∆L280 × 5050 × 60
Modul .Fisika Kelas XI KD 3.5@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN27Penyelesaiansoal no 3Diketahui:P1= 1 atmV2=1/4V1Ditanyakan: P2= ...?Jawab:P1V1= P2V21V1= P2(1/4V1)V1=1/4V1P2P2= 4 atmG.Penilaian DiriNOPERNYATAANJAWABANYATIDAK1Saya sudah mampu menentukan panjang benda setelah mengalami pemuaian panjang 2Saya sudah mampu menentukan luas benda setelah mengalami pemuaian luas 3Saya sudah dapat menentukan volume benda setelah mengalami pemuaian volume 4Saya sudah dapat menentukan jumlah kalor untuk menaikkan suhu tertentu5Saya sudah dapat menentukanjumlah kalor yang digunakan untuk mengubh wujud zat6Saya sudah dapat menentukanlaju aliran kalor secara konduksi, konvesi maupun radiasi
Modul .Fisika Kelas XI KD 3.5@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN28EVALUASI1.Sebuah termometer X memiliki titik beku 40oX dan titik didih 240oX. Jika sebuah benda di ukur suhunya dengan menggunakan termometer Celcius menunjukkan angka 40oC, maka bila diukur dengan menggunakan termometer X suhunya adalah ... .A.60oXB.90oXC.110oXD.120oXE.160oX2.Sebuah kalorimeter beisi es sebanyak 36 gram pada suhu -6oC. Kapasitas kalor kalorimeter adalah 27 kal/K. Kemudian ke dalam kalorimeter dituang zat cair dengan kalor jenis 0,58 kal/gram K dengan suhu 50oC yang menyebabkan suhu akhir 8oC. Massa zat cair yang ditungkan adalah ... .gram (kalor jenis es = 0,5 kal/gram.K, kalor lebur es = 80 kal/gram)A.108B.150C.200D.288E.3003.Es sebanyak 3 kg pada suhu 0oC dibiarkan pada suhu ruang hingga seluruhnya mencair. Kalor yang diperlukan untuk mencairkan es tersebut adalah ... . (kalor lebur es = 3,33.10-5J/kg)A.10-2JB.10-3JC.10-4JD.10-5JE.10-6J4.Perhatikan gambar berikut!Dalam gelas berisi 200 cc air 40oC kemudian dimasukkan 40 gram es 0oC. Jika kapasitas kalor gelas 20 kal/oC ,kalor lebur es adalah 80 kal/g, dan kalor jenis air 1 kal/gramoC, maka berapakah suhu seimbangnya?A.21,54 oCB.32,44 oCC.64,00 oCD.84,00 oCE.96,56oC
Modul .Fisika Kelas XI KD 3.5@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN295.Sebanyak 0,5 kg balok es dengan suhu -40oC dicampur dengan air 1 kg yang suhunya 80oC. Jika kalor jenis air 1 kal/gramoC, kalor jenis es 0,5 kal/gramoC dan kalor lebur es 80 kal/gram, maka suhu akhir campuran adalah ... .A.10oCB.20oCC.30oCD.40oCE.50oC6.Sebuah gelas kaca memiliki volume 500 cm3 di isi penuh dengan alkohol pada suhu 0oC. Koefisien muai linier gelas 9.10-6/oC dan koefisien muai volume alkohol 1,2.10-3/oC. Jika gelas dan alkohol dipanaskan sampai dengan suhu 22oC, maka banyaknya alkohol yang tumpah adalah ... .A.15,0 m3B.14,5 m3C.14,0 m3D.13,5 m3E.12,9m37.Sebuah batang tembaga yang memiliki koefisien muai linier 17.10-6/oC pada suhu 300 K memiliki panjang 12 cm. Jika suhu batang dijadikan 400 K, maka panjang batang bertambah sebesar ... .A.0,0204 cmB.0,204 cmC.2,04 cmD.0,324cmE.3,24 cm8.Gas dalam ruang tertutup mempunyai tekanan 1 atm. Jika kemudian gas tersebut ditekan pada suhu tetap sehingga volum gas menjadi1/4volum mula-mula, berapa tekanan gas yang terjadi?A.1 atmB.2 atmC.3 atmD.4 atmE.5 atm9.Perhatikan sambungan 2 batang logam P dan Q berikut!Bila panjang dan luas penampang kedua logam sama, tetapi konduktivitas logam P dua kali konduktivitas logam Q, maka suhu tepat pada sambungan di B adalah ... .A.20oCB.30oCC.40oCD.50oCE.80oC
Modul .Fisika Kelas XI KD 3.5@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN3010.Sebuah plat tipis memiliki luas permukaan 0,02 m2. Plat tersebut dipanaskan dengan sebuah tungku hingga suhunya mencapai 1000 K. Jika emisivitas plat 0,6, maka laju radiasi yang dipancarkan plat tersebut adalah ... . (σ = = 5,67 . 10-8W/mK4)A.680,4 WB.752,0 WC.850,0 WD.892,0 WE.982,0 W
Modul .Fisika Kelas XI KD 3.5@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN31Kunci JawabanEvaluasi1. D2.B3.C4.A5.B6.E7.A8.D9.D10.A
Modul .Fisika Kelas XI KD 3.5@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN32DAFTAR PUSTAKASufi ani Rufaida, Sarwanto, 2013, Fisika Peminatan dan Ilmu Alam untuk SMA kelas X, Jakarta, MediatamaFoster, Bob, 2014, Akselerasi Fisika untuk SMA/MA kelas X, Bandung, Dutahttps://www.fisikabc.com/2018/05/pemuaian-volume-pada-zat-padat-cair-gas.htmlhttps://www.studiobelajar.com/suhu-dan-kalor/https://images.app.goo.gl/nTg8By6KSgbrCGps7