Ilmu Pengetahuan Alam (IPA) | Pada kesempatan kali ini admin akan membagikan materi seputar suhu, pemuaian, dan kalor yang meliputi perubahan suhu, perubahan wujud, dan perpindahan dalam mata pelajaran IPA kelas tujuh. Semoga apa yang admin bagikan kali ini dapat membantu anak didik dalam mencari referensi tentang suhu, pemuaian, dan kalor yang meliputi perubahan suhu, perubahan wujud, dan perpindahan.
A. Pengukur Suhu
Indra peraba tidak dapat digunakan sebagai alat pengukur suhu. Tangan tidak dapat dengan tepat digunakan sebagai alat pengukur suhu. Alat pengukur suhu dengan tepat dan bersifat standar, dalam arti bisa dipakai secara internasional bernama termometer. Dalam SI dinyatakan dalam Kelvin (K)
B. Termometer Pengukur Suhu Zat
Termometer bekerja berdasarkan perubahan volume, yaitu zat memuai jika suhu zat naik dan zat menyusut jika suhu zat turun.
1. Membuat Termometer
a. Bagian-bagian Termometer
- Pipa kaca yang berupa pipa kapiler
- Zat cair pengisi termometer
- Skala
- Tabung gelas
- Reservoir (tandon)
b. Skala Termometer
Termometer Celsius ➜ Skala termometer Celsius berada di antara 1 – 100⁰C.
Termometer Reamur ➜ Skala termometer Reamur berada di antara 1 – 80 R.
Termometer Fahrenheit ➜ Skala thermometer Fahrenheit berada diantara 32 – 212 F
c. Bahan Termometer
Zat Cair
- Alasan air tidak digunakan untuk mengisi tabung termometer
- Air membasahi dinding kaca, sehingga meninggalkan titik-titik air pada kaca
- Air tidak berwarna, sehingga sulit dibaca batas ketinggiannya
- Jangkauan suhu air terbatas (0 – 100⁰C)
- Perubahan volume air sangat kecil ketika suhu dinaikkan
d. Ciri-ciri termometer klinis
- Termometer ini khusus digunakan untuk mengukur suhu tubuh manusia
- Skala ukurnya hanya 35 – 42⁰C dan menggunakan zat muai raksa (Hg)
- Pada pembuluh termometernya terdapat bagian yang disempitkan dengan tujuan agar raksa yang sudah memuai tidak mudah turun dan pengukuran menjadi lebih akurat.
- Untuk mengembalikan raksa ke dalam tandon, termometer harus diguncang-guncangkan terlebih dahulu.
- Merupakan termometer maksimum karena hanya dapat mengukur suhu tertinggi saja
e. Ciri-ciri termometer maksimum-minimum Six-Bellani
- Merupakan thermometer khusus karena hanya digunakan untuk mengukur suhu tertinggi dan terendah disuatu tempat
- Skala ukurnya antara -20⁰C sampai 50⁰C
- Menggunakan zat muai alcohol dan raksa, dilengkapi dengan keping baja sebagai penunjuk skala
- Disediakan magnet tetap, untuk menarik keeping baja turun dan melekat pada raksa
f. Ciri-ciri termometer ruang
- Untuk mengukur suhu ruangan
- Menggunakan zat muai logam, tetapi ada pula yang menggunakan raksa
- Ukuran tendon dibuat besar agar menjadi lebih peka terhadap perubahan suhu
- Dipasang menggantung diruangan
- Merupakan jenis termometer maksimum
g. Ciri-ciri termometer laboratorium
- Digunakan untuk mengukur suhu dalam percobaan, penelitian atau pengukuran ilmiah lainnya
- Menggunakan zat muai raksa
- Skala ukurnya lebar, hingga dibawah nol
- Terdapat jenis termometer laboratorium yang sengaja tidak diberi skala agar dapat digunakan untuk praktik penentuan skala
C. Keuntungan dan Kerugian Penggunaan Zat
Keuntungan dan kerugian penggunaan zat cair sebagai termometer adalah sebagai berikut
1. Raksa
a. Keuntungan
- Mudah dilihat karena mengilap
- Pemuaiannya teratur
- Tidak membasahi dinding kaca
- Jangkauan suhunya cukup besar (-39⁰C sampai 357⁰C)
Kerugian
- Harganya mahal
- Tidak dapat mengukur suhu sangat rendah (kurang dari -39⁰C)
- Merupakan bahan beracun
2. Alkohol
a. Keuntungan
- Harganya murah
- Lebih teliti untuk perubahan yang sangat kecil karena pemuaiannya cukup besar
- Titik bekunya rendah (-112⁰C)
b. Kerugian
- Titik didihnya rendah (78⁰C) sehingga tidak bisa mengukur suhu tinggi
- Tidak berwarna sehingga sulit dilihat
- Membasahi dinding kaca
3. Bahan Termometer
Zat Padat
- Termometer bimetal, termometer ini menggunakan bahan logam untuk menunjukkan adanya perubahan suhu dengan prinsip logam akan memuai jika dipanaskan dan menyusut jika didinginkan.
- Termometer hambatan, termometer ini dapat mengukur suhu di atas 1.000oC. Hambatan listrik pada seutas kawat logam akan bertambah jika dipanaskan.
- Termokope,l permukaan yang berbeda antara dua logam yang kedua ujungnya disentuhkan akan menghasilkan gaya gerak listrik (ggl). Besar ggl ini yang dimanfaatkan oleh termokopel untuk menunjukkan suhu.
4. Termometer Gas
- Termometer ini jarang digunakan, biasanya terdapat di laboratorium untuk kegiatan penelitian.
- Banyak dipakai dalam kegiatan industri.
5. Termometer Optis
- Pirometer bekerja dengan mengukur intensitas radiasi yang dipancarkan oleh benda yang sangat panas. Dapat digunakan untuk mengukur suhu yang sangat tinggi (500 – 3.000⁰C).
- Termometer inframerah, cara menggunakan yaitu dengan menekan tombol sampai menunjuk angka tertinggi sambil mengarahkan sinar inframerah ke sasaran yang dituju. Sinar yang diarahkan ke logam akan memantul dan pantulan tersebut direspons oleh sensor penerima hingga termometer inframerah menunjukkan angkanya.
D. Membandingkan Skala Celcius dengan Skala Lain
Keterangan:
tc = skala yang ditunjukkan thermometer Celcius (⁰C)
tR = skala yang ditunjukkan termometer Reamur (⁰R)
tF = skala yang ditunjukkan termometer Fahrenheit (⁰F)
T = skala yang ditunjukkan termometer Kelvin
Eko mengukur suhu air dengan termometer skala Fahrenheit dan menunjukkan angka 33⁰F. Berapakah suhu tersebut jika dinyatakan dalam:
a. Skala Celsius
b. Skala Reamur
c. Skala Kelvin?
Jawab:
E. Proses Pemuaian Zat
Proses pemuaian zat padat, zat cair, dan gas
1. Proses Pemuaian Zat Padat
- Pemanasan batang logam ➜ batang logam bertambah panjang
- Partikel-partikel zat bergerak ➜ dipanaskan ➜ gerakan partikel semakin cepat dan saling menumbuk partikel di dekatnya ➜ jarak antar partikel renggang ➜ zat padat bertambah panjang
2. Proses Pemuaian Zat Cair
- Memasak air ➜ mendidih ➜ air tumpah
- Muai volume pada zat cair ➜ berbeda tergantung besar koefisien muai volume
3. Proses Pemuaian Gas
- Pemuaian gas terjadi jika gas mendapat kalor yang semakin besar
- Contohnya pada balon yang terkena sinar matahari ➜ gas/udara dalam balon memuai ➜ balon meledak
F. Percobaan Sederhana
1. Percobaan Pemuaian pada Zat Cair
- Labu Erlenmeyer atau gelas ukur diisi zat cair kemudian dipanaskan
- Tinggi permukaan zat cair akan naik ➜ bukti bahwa zat cair memuai
2. Percobaan Pemuaian pada Zat Padat
- Alat percobaan disebut Musschenbroek
- Batang aluminium, tembaga dan besi pada Musschenbroek akan memuai ketika dipanaskan
G. Pengaruh Perbedaan Koefisien Muai Zat
1. Pemuaian pada Zat Padat
Koefisien muai panjang: bilangan yang menunjukkan pertambahan panjang zat padat jika suhunya dinaikkan 1⁰C.
2. Pemuaian pada Zat Cair
Koefisien muai ruang / muai volume: bilangan yang menunjukkan pertambahan volume setiap satuan volume suatu zat jika suhu naik 1⁰C.
Koefisien muai ruang / muai volume: bilangan yang menunjukkan pertambahan volume setiap satuan volume suatu zat jika suhu naik 1⁰C.
H. Prinsip Pemuaian dalam Teknologi
- Kabel listrik dan telepon kadang-kadang terlihat melengkung, kadang-kadang lurus
- Pemasangan kaca jendela diberi celah pada kusennya.
- Sambungan rel kereta api diberi celah.
- Dua lintasan jalan beton pada jembatan disambung dengan batang-batang baja yang diberi celah di antaranya
- Sebuah gelung (loop) didesain di dalam pipa besi. Gelung dibuat fleksibel sehingga memungkinkan pipa untuk memuai dan menyusut tanpa membengkokkan pipa. Diameter ban besi dibuat sedikit lebih kecil dibandingkan diameter roda besi.
- Mengeling pelat logam. Bimetal adalah dua keping logam yang berbeda angka muainya yang dikeling menjadi satu. Jika bimetal dipanaskan, bimetal akan membengkok ke arah logam yang koefisien muainya lebih kecil. Contoh penggunaan bimetal antara lain sakelar termal, termostat bimetal, dan termometer bimetal.
I. Kalor
Kalor adalah salah satu bentuk energi yang berpindah dari benda yang suhunya lebih tinggi ke benda yang lebih rendah jika kedua benda bersentuhan Satu kalori (kal) adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk memanaskan 1 gram air sehingga suhunya naik 1⁰C
1 kilokalori = 1kkal = 1000 kal
J. Pengaruh Kalor Terhadap Perubahan Suhu
Pengaruh kalor terhadap perubahan suhu dan perubahan wujud zat
1. Kalor dapat Menyebabkan Kenaikan Suhu
a. Massa Zat
Semakin banyak massa suatu benda, semakin besar kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhunya
Kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu suatu zat sebanding dengan massa zat itu
b. Kalor jenis
Kalor jenis merupakan banyaknya kalor yang diperlukan oleh suatu zat untuk menaikkan suhu 1 kg zat itu sebesar 1⁰C
Kapasitas kalor yaitu banyaknya kalor yang diperlukan suatu zat untuk menaikkan suhu zat itu 1⁰C
a. Perubahan wujud yang memerlukan kalor
- Melebur/mencair : perubahan wujud dari wujud padat menjadi cair
- Menguap : perubahan wujuddari wujud cair menjadi gas
- Menyublim : perubahan wujud dari wujud padat menjadi gas
b. Perubahan wujud zat yang melepaskan kalor
- Membeku : perubahan wujud dari wujud cair menjadi padat
- Mengembun : perubahan wujud dari wujud gas menjadi cair
- Deposisi : perubahann wujud gas menjadi padat
K. Penguapan
Penguapan merupakan perubahan wujud dari cair menjadi gas.
Penguapan dapat dipercepat dengan cara berikut:
- Memanaskan zat cair
- Memperbesar luas permukaan zat cair
- Mengalirkan udara kering dipermukaan zat cair
- Mengurangi tekanan uap di permukaan zat cair
L. Merancang dan Membuat Peralatan Sederhana yang Memanfaatkan Prinsip Kalor
M. Asas Black dan Penerapannya
Joseph Black (1728-1799) melakukan percobaan yang menghasilkan teori bahwa ketika dua benda dengan suhu yang berbeda disentuhkan (dicampur), benda bersuhu lebih tinggi akan melepas kalor dan benda bersuhu lebih rendah akan menerima kalor.
Bunyi Asas Black : “Banyaknya kalor yang dilepas benda bersuhu lebih tinggi sama dengan banyaknya kalor yang diterima bersuhu lebih rendah”
Konduksi adalah perpindahan kalor melalui zat tanpa disertai perpindahan partikel zat
Contoh peristiwa konduksi :
- Ketika mengaduk minuman panas dengan sendok logam, ujung sendok yang kita pegang terasa panas
- Penggorengan yang terbuat dari logam biasanya memiliki egangan berbahan isolator. Jika tidak diberi pegangan dari bahan isolator (kayu atau plastic) saat memasak tangan kita terasa panas
- Saat membeli bakso atau soto yang kuahnya panas, mangkuknya juga akan terasa panas
Laju aliran kalor konduksi: ↴
Konveksi adalah perpindahan kalor melalui zat yang disertai perpindahan partikel zat tersebut
Contoh peristiwa konveksi
a. Pada air
- Pemanasan air dalam ketel, sebagian terjadi karena konduksi melalui dinding ketel, sebagian lagi karena konveksi di dalam air itu sendiri sehingga air bisa mendidih seluruhnya
- Proses peleburan logam bekas yang terbuat dari besi pada tungku peleburan logam (tanur)
b. Pada Udara
- Terjadinya angin darat pada malam hari dan angin laut pada siang hari
- Cerobong asap pabrik
- Pengharum ruangan yang diletakkan pada penyejuk udara (AC) dapat tercium ke seluruh bagian ruangan
Laju aliran kalor konveksi: ↴
Radiasi adalah perpindahan kalor tanpa melalui zat perantara Contoh peristiwa radiasi
- Menghangatkan badan di bawah sinar matahari pagi
- Menghangatkan badan di dekat nyala api unggun
- Menghangatkan badan di dekat nyala api dari tungku pemanas ruangan
Persamaan radiasi kalor: ↴
N. Suhu Tubuh Manusia
1. Mekanisme Pengaturan Suhu Tubuh Manusia
a. Pada kondisi panas
- Kelenjar keringat mensekresikan keringat
- Rambut di kulit rebah untuk mencegah rambut memerangkap panas
- Dinding pembuluh darah arteri relaksasi sehingga arteri melebar
Hal-hal yang dapat dilakukan untuk menurunkan suhu tubuh
- Mengipas tubuh menggunakan kipas tangan atau kipas angin
- Mengenakan pakaian tipis dan berbahan katun
b. Pada kondisi dingin
- Keringat tidak dihasilkan
- Otot di bawah kulit berkontraksi sehingga kantong rambut tegak (merinding)
- Arteri yang membawa darah ke bawah permukaan kulit berkontraksi
- Otot menerima pesan dari hipotalamus untuk menggigil
Hal-hal yang dapat dilakukan untuk meningkatkan suhu tubuh
- Menggunakan selimut atau pakaian tebal
- Memegang benda hangat
2. Mekanisme Pengaturan Suhu Tubuh Manusia
Pengukuran yang diambil pada posisi tubuh berlainan akan memberikan hasil yang berbeda Pengambilan suhu di dalam mulut 37⁰C, di ketiak 36,5⁰C, di rektum (anus) 37,5⁰C
O. Suhu Tubuh Hewan
Berdasarkan mekanisme pengaturan suhu tubuh, hewan dibedakan menjadi hewan eksoterm (berdarah dingin) dan endoderm (berdarah panas)
1. Hewan ektoterm menyerap panas dari lingkungan Ektoterm: hewan yang suhu tubuhnya ditentukan oleh perubahan suhu lingkungan. Disebut juga sebagai hewan berdarah dingin
Untuk mendinginkan suhu tubuh:
- Bersembunyi di liang dan membangun sarang yang memiliki aliran udara untuk menghindari konveksi panas
- Berendam di air, tanah dingin, atau lumpur untuk menghindari konduksi panas
- Berteduh atau masuk ke liang untuk menghindari radiasi panas
2. Hewan eksoterm menyerap panas dari lingkungan Untuk mendapatkan panas:
- Membangun sarang yang kedap udara untuk mendapatkan panas secara konveksi
- Berbaring di batu panas untuk mendapatkan panas secara konduksi
- Berjemur untuk mendapatkan panas secara radiasi
3. Hewan endoderm mendapatkan panas dari proses metabolism
Endoderm: hewan yang mendapatkan sebagian besar panas tubuhnya melalui proses metabolisme. Sering disebut hewan berdarah panas.
Perilaku untuk mengatur suhu tubuh
- Torpor (menurunkan suhu tubuh di bawah normal)
- Hibernasi (torpor dalam jangka waktu lama)
- Estivasi (torpor yang disebabkan oleh kekurangan makanan atau air selama musim panas)
4. Hewan endoderm mendapatkan panas dari proses metabolisme
Struktur tubuh untuk mengatur suhu tubuh
- Burung memiliki bulu
- Mamalia memiliki rambut
- Burung dan mamalia memiliki lapisan lemak