BAB
5 PEMUAIAN ZAT DAN PERPINDAHAN KALOR
Pemasangan
rel kereta api perlu mempertimbangkan pemuaian zat padat. Apabila jarak antara
dua rel tidak cukup lebar, rel akan melengkung. Apabila hal ini terjadi, tentu
sangat membahayakan keselamatan penumpang. Bagaimanakah peristiwa pemuaian rel
seperti tampak pada gambar dapat dijelaskan?
Kata Kunci: pemuaian,
koefisien muai panjang, anomali air, konduksi, konveksi, radiasi, konduktor,
isolator
imperial.ac.uk
Standar Kompetensi
|
Kompetensi Dasar
|
- Memahami wujud zat dan
perubahannya.
|
3.4 Mendeskripsikan peran kalor dalam mengubah
wujud zat dan suhu suatu benda serta penerapannya dalam kehidupan
sehari-hari.
|
Peta
Konsep
menyebabkan selalu
berhubungan
terdiri
perpindahannya
dibedakan menjadi dinamakan
melalui
medium melalui medium
Pendahuluan
Pada umumnya zat
akan memuai apabila dipanaskan dan menyusut apabila didinginkan. Dalam
kehidupan sehari-hari banyak dijumpai peristiwa pemuaian. Untuk mengantisipasi
pemuaian, sambungan rel kereta api perlu diberi celah dengan jarak tertentu.
Kabel kawat listrik pada umumnya dipasang kendor pada musim panas sehingga ketika
menyusut pada musim dingin kawat tidak putus. Pada siang hari yang sangat
panas, petani di sawah sering menutupi ban sepedanya dengan jerami. Gelas sering
pecah apabila diisi dengan air mendidih. Bagaimanakah peristiwa-peristiwa ini
dapat dijelaskan? Pada bagian ini kalian akan mempelajari konsep pemuaian dan
penerapannya dalam kehidupan sehari-hari. Di samping itu, bagian ini juga akan
membicarakan proses perpindahan kalor. Apakah perbedaan antara konduksi,
konveksi, dan radiasi?
A.
Pemuaian Zat
Kalian telah mempelajari bahwa zat terdiri atas partikel-partikel
yang dapat bergerak bebas. Kalian telah mengetahui bahwa ada gaya tarik-menarik antarpartikel. Gaya antarpartikel dalam
zat padat dapat digambarkan seperti pegas, sebagaimana tampak pada Gambar 5.1.
Setiap partikel zat padat dapat bergetar. Apabila zat padat dipanaskan energi
getaran partikel-partikelnya bertambah besar dan jarak antarpartikel menjadi
bertambah. Akibatnya, ukuran zat padat menjadi bertambah. Pertambahan ukuran
zat akibat pemanasan inilah yang dinamakan pemuaian. Pemuaian dapat terjadi
pada zat padat, zat cair, dan gas. Gambar 5.2 menunjukkan penggaris baja yang
sama, tetapi memiliki suhu yang berbeda. Perhatikan perubahan setiap bagian
penggaris: skala, angka, dan lubang. Semua bagian penggaris bertambah secara
berimbang (proporsional).
brantacan.co.uk
Gambar 5.1 Kita
dapat menggambarkan gaya-gaya antarpartikel yang berdekatan dalam zat padat
dengan menganggap bahwa partikel-partikel itu dihubungkan dengan pegas.
Gambar
5.2 Penggaris yang sama, tetapi memiliki suhu yang berbeda.
1.
Pemuaian Zat Padat
Salah satu peristiwa pemuaian zat padat adalah gelas kosong yang
diisi dengan air mendidih menjadi retak. Peristiwa ini terjadi karena bagian dalam gelas memuai
terlebih dahulu daripada bagian luar gelas. Pemuaian zat padat dibedakan
menjadi tiga, yaitu: pemuaian panjang, pemuaian luas, dan pemuaian volume.
Pemuaian Panjang
Apabila zat padat dipanaskan, zat padat itu akan memuai ke segala
arah. Artinya, ukuran panjang, luas, dan volumenya menjadi bertambah. Untuk
benda padat yang berbentuk batang dengan luas penampang kecil, misalnya jarum
jahit, kita hanya dapat memperhatikan pemuaian panjang saja. Untuk mempelajari
pemuaian panjang, kalian dapat menggunakan alat yang dinamakan Musschenbroek (Gambar 5.3). Untuk
mengetahui prinsip kerja alat Musschenbroek, kalian dapat melakukan Kegiatan
5.1 di bawah ini.
Kegiatan
5.1 Menyelidiki Pemuaian Panjang
|
|
Alat
dan Bahan
Seperangkat alat Musschenbroek, pembakar
spiritus, tiga batang logam yang berbeda jenis.
Prosedur
Kegiatan
- Pasanglah ketiga logam pada alat Musschenbroek.
- Panaskan ketiga logam itu dengan
menggunakan pembakar spiritus. Perhatikan perubahan skala yang ditunjukkan
oleh masing-masing jarum. Apakah skala yang ditunjukkan oleh setiap jarum
sama?
- Bagaimanakah kesimpulan kalian?
geocities.com
Gambar
5.3 Menyelidiki pemuaian zat padat dengan alat Musschenbroek.
Apabila Kegiatan 5.1 berhasil dengan
baik, dengan alat Musschenbroek kalian dapat mengamati bahwa pemuaian panjang ketiga
logam berbeda-beda. Misalnya, pemuaian panjang aluminium lebih besar daripada
pemuaian panjang baja.
Untuk menjelaskan pemuaian panjang
logam, perhatikan sebatang logam yang panjangnya l0 pada suhu t0.
Apabila logam itu dipanaskan sampai suhu t1,
panjang logam menjadi l1
(Gambar 5.4).
l0 Dl
l1
Gambar
5.4 Pertambahan panjang logam.
Jadi, untuk kenaikan suhu logam bertambah
panjang sebesar Hasil percobaan
menunjukkan bahwa pertambahan panjang zat padat bergantung pada 3 faktor,
yaitu:
(1)
panjang mula-mula,
(2)
perubahan suhu, dan
(3)
jenis zat.
Secara matematis,
pertambahan panjang zat padat dapat dihitung dengan menggunakan rumus
(5-1)
dengan : pertambahan
panjang,
: panjang batang
mula-mula,
: perubahan suhu,
: koefisien muai
panjang.
Koefisien muai
panjang setiap jenis logam yang berbeda akan memiliki nilai yang berbeda. Jadi,
koefisien muai panjang menunjukkan jenis logam. Satuan koefisien muai panjang
dapat diperoleh berdasarkan Persamaan (5-1), yaitu:
Dengan demikian,
Jadi, satuan
koefisien muai panjang adalah per oC atau per K. Tabel 5.1
menunjukkan nilai koefisien muai panjang untuk beberapa jenis zat padat.
Tabel 5.1
Koefisien Muai Panjang Beberapa Jenis Zat Padat.
Jenis Zat Padat
|
Koefisien Muai Panjang
(per oC)
|
Aluminium
|
0,000024
|
Kuningan
|
0,000020
|
Tembaga
|
0,000017
|
Kaca
|
0,000009
|
Invar (paduan
besi-nikel)
|
0,0000009
|
Kuarsa
|
0,0000004
|
Baja
|
0,000012
|
Contoh Soal
Sebuah jembatan
yang dibuat dari baja pada suhu 30oC panjangnya 100 m. Berapakah
pertambahan panjang baja itu apabila suhunya naik menjadi 60oC?
Penyelesaian
Panjang baja
mula-mula l0 = 100 m
Pertambahan suhu
Koefisien muai
panjang baja
Dengan
menggunakan Persamaan (5-1), diperoleh
Jadi,
pertambahan panjang kawat baja adalah
Latihan
- Sebatang rel kereta api yang
terbuat dari baja pada suhu 25oC panjangnya 20 m. Jika
koefisien muai panjang baja 0,000012/oC, berapakah perubahan
panjang rel kereta api pada suhu 55oC?
- Sebatang logam pada suhu 20oC
panjangnya 100 cm, sedangkan pada suhu 100oC panjangnya 100,072
cm. Berapakah koefisien muai panjang logam tersebut?
Pemuaian Luas
Apabila zat padat berbentuk pelat
dipanaskan, terjadi pemuaian dalam arah panjang dan lebarnya. Dengan kata lain,
pelat itu mengalami pemuaian luas. Gambar 5.5 menunjukkan sebuat pelat logam
yang pada suhu t0 panjangnya p0 dan lebarnya l0.
Jadi luas pelat pada suhu t0
adalah A0 = p0 × l0. Apabila pelat itu dipanaskan sampai suhu t, maka panjangnya bertambah
sebesar Dp dan lebarnya bertambah sebesar Dl. Dengan demikian, zat padat berbentuk pelat yang dipanaskan akan
memuai. Seperti pada pembahasan pemuaian panjang, pertambahan luas zat padat dapat dihitung
dengan menggunakan rumus
(5-2)
dengan : pertambahan
luas,
: luas pelat
mula-mula,
: perubahan suhu,
: koefisien muai
luas.
Perlu diketahui,
hubungan antara koefisien muai panjang a dan koefisien muai luas b adalah b = 2a.
l
Dl
p
D
Gambar
5.5 Pemuaian luas.
Pemuaian Volume
Zat padat yang berbentuk kubus, balok, atau bola apabila dipanaskan volumenya
juga akan memuai. Seperti pada pembahasan pemuaian panjang, pertambahan volume zat padat dapat dihitung
dengan menggunakan rumus
(5-3)
dengan : pertambahan volume,
: volume zat
padat mula-mula,
: perubahan suhu,
: koefisien
muai volume.
Perlu diketahui,
hubungan antara koefisien muai panjang a dan koefisien muai volume g adalah g = 3a.
- Pemuaian zat padat apabila dipanaskan
dimanfaatkan untuk memasang roda pada ban kereta api yang terbuat dari
baja. Ban baja yang berukuran sedikit lebih kecil dari rodanya, dipanaskan
sehingga volumenya memuai. Akibatnya, lubang tempat roda menjadi bertambah
luas sehingga roda dapat dipasang. Ketika ban menjadi dingin, luasnya
menyusut sehingga ban dapat mencengkeram roda dengan kokoh.
- Mengeling adalah menyambung dua
pelat logam dengan menggunakan paku keling. Mula-mula paku keling
dipanaskan sampai berwarna putih pijar. Selanjutnya, paku dimasukkan ke
dalam lubang dua logam yang akan di sambung. Setelah itu, paku dipukul hingga
rata dengan pelat. Ketika paku menjadi dingin volumenya menyusut sehingga
dapat menjepit dua pelat dengan kuat.
- Keping bimetal adalah dua logam
dengan koefisien muai panjang
berbeda yang direkatkan jadi satu (Gambar 5.6). Bahan logam yang biasa
digunakan untuk membuat bimetal adalah perunggu dan invar (logam paduan
antara nikel dan baja). Koefisien muai panjang perunggu lebih besar
daripada invar. Keping bimetal sangat peka terhadap perubahan suhu.
Apabila keping bimetal dipanaskan, keping akan melengkung ke arah logam
dengan koefisien muai panjang kecil. Sebaliknya, apabila keping bimetal
didinginkan, keping akan melengkung ke arah logam dengan koefisien muai
panjang besar. Beberapa alat yang memanfaatkan bimetal, misalnya:
termostat, termometer bimetal, saklar, dan lampu sein sepeda motor atau
mobil.
capgo.com
Gambar 5.6 Bimetal.
Prinsip kerja
termostat dan termometer bimetal telah kalian pelajari di Bab 4. Nah, tugas
kalian adalah membuat karya tulis untuk menjelaskan manfaat bimetal pada saklar
dan lampu sein pada sepeda motor atau mobil.
Pertanyaan Diskusi
- Jelaskan pengertian koefisien muai
panjang dengan kata-katamu sendiri.
- Apabila perubahan suhu diubah dari
oC menjadi K, apakah nilai koefisien muai panjang berubah?
2. Pemuaian Zat Cair
Sebagaimana telah diuraikan sebelumnya, bentuk zat cair selalu
mengikuti bentuk wadahnya. Oleh karena itu, dalam zat cair hanya dikenal
pemuaian volume. Kalian telah mempelajari bahwa pemuaian zat cair merupakan
prinsip kerja termometer. Pemuaian zat
cair berbeda-beda, tergantung pada jenis zat cair. Untuk memahami hal ini,
kalian dapat melakukan Kegiatan 5.2 di bawah ini.
Kegiatan
5.2 Memahami Pemuaian Zat Cair
|
|
Alat
dan Bahan
Tiga labu gelas
berpipa yang berukuran sama, bejana, dan tiga jenis zat cair (misalnya, air,
minyak, dan alkohol)
Prosedur Percobaan
- Isilah masing-masing labu gelas
dengan air, minyak, dan alkohol. Usahakan ketiga permukaan zat cair
tingginya sama.
- Masukkan ketiga labu gelas ke
dalam bejana yang berisi air panas.
- Beberapa saat kemudian, perhatikan
tinggi permukaan zat cair dalam setiap labu gelas. Apakah ketiga zat cair
memiliki tinggi permukaan yang sama?
- Apakah kesimpulan kalian?
Kegiatan 5.2
menunjukkan bahwa setelah labu gelas yang berisi zat cair dimasukkan ke dalam
air panas, ternyata tinggi zat cair tidak sama. Artinya, pemuaian zat cair
bergantung pada jenis zat cair. Besaran yang membedakan besarnya pemuaian zat
adalah koefisien muai volume. Tabel 5.2 menunjukkan koefisien muai volume
beberapa zat cair.
Tabel 5.2
Koefisien Muai Volume Beberapa Zat Cair
Jenis Zat Cair
|
Koefisien Muai Volume
(per oC)
|
Raksa
|
0,00018
|
Alkohol metil)
|
0,00120
|
Alkohol (etil)
|
0,00110
|
Parafin
|
0,00090
|
Gliserin
|
0,00049
|
Kalian telah mempelajari bahwa baik zat padat maupun zat cair
mengalami pemuaian volume. Akan tetapi, pemuaian volume zat cair biasanya lebih
besar daripada pemuaian volume zat padat. Dalam kehidupan sehari-hari kalian
dapat menjumpai peristiwa yang menunjukkan bahwa pemuaian zat cair lebih besar
daripada pemuaian zat padat. Misalnya, ketika kalian memanaskan air dengan
menggunakan teko. Ketika air dan teko dipanaskan, keduanya memuai. Perhatikan
bahwa ketika air akan mendidih terdapat air yang tumpah. Hal ini menunjukkan
bahwa air (zat cair) memuai lebih besar daripada teko (zat padat). Nah,
sekarang coba sebutkan beberapa contoh lain yang menunjukkan bahwa zat cair
memuai lebih besar daripada zat padat!
Anomali Air
Pada umumnya zat akan memuai apabila dipanaskan. Akan tetapi, hal
ini tidak berlaku untuk air pada suhu antara 0oC sampai 4oC.
Apabila air dipanaskan dari suhu 0oC sampai 4oC, volume
air menyusut dan mencapai volume minimal pada suhu 4oC. Setelah suhu
4oC volume air memuai apabila dipanaskan. Perilaku aneh air ini
dinamakan anomali air. Anomali
sendiri artinya ketidakteraturan. Gambar
5.7 menunjukkan hubungan masa jenis air sebagai fungsi suhu. Sebagaimana
telah kalian pelajari, massa
jenis zat dinyatakan dengan rumus Volume air minimal
terjadi pada suhu 4oC. Karena massa
air tetap, maka massa
jenis air maksimum terjadi pada suhu 4oC. Ketika air membeku menjadi
es, volumenya membesar. Itulah sebabnya es terapung pada permukaan air. Parafin dan bismuth merupakan contoh lain zat yang memiliki sifat anomali
seperti air.
pierecollege.com
Gambar 5.7 Grafik
massa jenis air
sebagai fungsi suhu. Pada suhu 4oC volume air minimum sehingga massa jenisnya maksimum.
Sifat anomali air memegang peranan
penting pada kehidupan hewan dan tumbuhan air selama musim dingin. Ketika air
danau atau sungai bersuhu di atas 4oC dan mulai mendingin karena
bersentuhan dengan udara dingin di atasnya, air di permukaan tenggelam karena
memiliki massa
jenis yang lebih besar. Air yang tenggelam ini digantikan oleh air yang lebih
hangat di bawahnya. Proses ini berlangsung terus sampai suhunya mencapai 4oC.
Ketika suhu permukaan danau turun menjadi kurang dari 4oC, massa jenis air di permukaan lebih kecil daripada massa jenis air di
bawahnya. Akibatnya, aliran air ke dasar danau berhenti. Air di permukaan danau
tetap terjaga lebih dingin dibandingkan dengan air di bawahnya. Ketika air di
permukaan membeku, es terapung karena massa
jenis es lebih kecil daripada massa
jenis air. Air di dasar danau tetap 4oC sampai hampir seluruh
seluruh air membeku.
Apabila air berperilaku seperti zat
lain, penyusutan akan berlangsung terus ketika terjadi pendinginan sehingga air
di dasar danau akan membeku terlebih dahulu. Apabila hal ini terjadi tentu akan
membinasakan seluruh hewan dan tumbuhan di dasar danau yang tidak tahan beku.
Jadi, dengan adanya sifat anomali air menyebabkan air jarang membeku
seluruhnya. Lapisan es di permukaan danau dapat berfungsi sebagai penyekat
untuk mengurangi aliran kalor dari air ke udara dingin di atasnya. Sifat
anomali air yang sangat menakjubkan ini menyebabkan hewan dan tumbuhan air di
daerah dingin tidak punah selama musim dingin akibat membekunya air.
3. Pemuaian Gas
Sifat gas adalah volume berubah dan selalu mengisi seluruh ruangan.
Oleh karena itu, apabila gas dipanaskan volumenya memuai. Untuk menunjukkan
bahwa gas memuai apabila dipanaskan, kalian dapat melakukan Kegiatan 5.3 di
bawah ini.
Kegiatan
5.3 Menyelidiki Pemuaian Gas
|
|
Alat
dan Bahan
Botol, karet
gelang, balon, dua baskom, air panas dan air dingin secukupnya.
Prosedur Percobaan
- Masukkan mulut balon ke dalam
mulut botol dan ikatlah dengan karet gelang.
- Tuangkan air panas ke dalam
baskom. Selanjutnya, masukkan bagian bawah botol ke dalam air panas.
Setelah ditunggu beberapa saat, apa yang terjadi?
- Tuangkan air dingin ke dalam
baskom. Selanjutnya, pindahkan botol dari panas ke air dingin. Setelah
ditunggu beberapa saat, apa yang terjadi?
- Berdasarkan pengamatan pada
langkah 2 dan 3, apakah kesimpulan kalian?
Ketika kalian memasukkan bagian bawah botol ke dalam baskom yang
berisi air, udara dalam botol memuai. Akibatnya, balon mengembang. Ketika
bagian bawah botol dimasukkan ke dalam baskom yang berisi air dingin, udara
dalam botol suhunya turun sehingga volumenya menyusut. Akibatnya, balon kempes.
Jadi, Kegiatan 5.3 membuktikan bahwa udara (gas) memuai apabila dipanaskan.
Pengaruh suhu terhadap volume gas dapat juga diselidiki dengan
menggunakan alat yang dinamakan dilatometer.
Alat ini terdiri atas labu kaca, sumbat karet, dan pipa kapiler panjang yang
salah satu ujungnya dimasukkan ke dalam labu kaca melalui sumbat karet. Untuk
menggunakan dilatometer, baliklah dilatometer dan masukkan ujung pipa kapiler
ke dalam bejana yang berisi air. Berdasarkan sifat pipa kapiler, air akan naik
di dalam pipa kapiler. Untuk menaikkan suhu udara dalam labu kaca dapat
dilakukan dengan memegang labu kaca dengan telapak tangan. Sambil memegang labu
kaca, kalian dapat mengamati perubahan ketinggian air dalam pipa kapiler. Beberapa
saat setelah labu kaca dipegang dengan telapak tangan, udara dalam labu suhunya
naik dan volumenya memuai. Hal ini ditandai dengan adanya penurunan air dalam
pipa kapiler. Bagaimanakah peristiwa ini dapat dijelaskan? Ketika suhu udara
dalam labu kaca naik, volumenya membesar sehingga mendesak permukaan air dalam
pipa kapiler. Akibatnya, permukaan raksa dalam pipa kapiler turun.
Hasil percobaan menunjukkan bahwa
untuk semua jenis gas memiliki nilai koefisien muai volume yang sama, yaitu Pemuaian gas
dimanfaatkan untuk membuat termometer gas, yaitu termometer yang dapat
digunakan untuk mengukur suhu yang sangat rendah. Seperti telah diuraikan pada
Bab 4, termometer gas helium pada tekanan rendah mampu mengukur suhu hingga
–250oC. Bahan pengisi termometer gas adalah hidrogen, nitrogen, dan
helium.
B.
Perpindahan Kalor
Untuk menjaga supaya suhu di dalam lemari es tetap dingin, dinding
lemari es dibuat rangkap dua. Kalor dari luar lemari es diusahakan supaya tidak
dapat masuk ke dalam ruang pendingin. Hal ini dapat dicegah dengan menggunakan
udara yang terletak di antara dinding-dinding lemari es. Bagaimanakah proses
terjadinya perpindahan kalor? Mengapa udara mampu menghalangi aliran kalor?
Ada tiga cara perpindahan kalor, yaitu: konduksi, konveksi, dan
radiasi. Apakah perbedaan antara konduksi, konveksi, dan radiasi? Pada bagian
ini kalian akan mempelajari tiga cara perpindahan kalor itu. Kalian juga akan
mempelajari manfaat perpindahan kalor dalam kehidupan sehari-hari.
1. Konduksi
Ketika kalian memegang salah satu ujung batang tembaga dan
meletakkan ujung batang yang lain pada sumber panas, ujung yang dipegang
menjadi panas. Peristiwa ini sangat menarik, sebab ujung yang dipegang tidak
ada kontak langsung dengan sumber panas. Pada peristiwa ini telah terjadi
perpindahan kalor dari ujung batang tembaga yang lebih panas (suhu tinggi) ke
ujung lain yang lebih dingin (suhu rendah). Energi kalor dipindahkan melalui
interaksi antarpartikel tembaga, meskipun partikel-partikel itu sendiri tidak
berpindah. Ketika salah satu ujung tembaga dipanaskan, partikel-partikel yang
terletak di ujung yang dipanaskan itu bergetar dengan energi yang lebih besar
jika dibandingkan dengan partikel-partikel di ujung yang lebih dingin.
Partikel-partikel pada ujung yang panas menabrak partikel-partikel di dekatnya
serta memberikan sebagian energinya. Partikel yang terdekat ini kembali
menabrak partikel di dekatnya lagi. Proses ini berlangsung di sepanjang batang,
sehingga ujung batang yang mula-mula dingin berubah menjadi panas.
Berdasarkan uraian di atas dapat
disimpulkan bahwa kalor dapat berpindah dari satu partikel ke partikel lain
tanpa disertai perpindahan partikel itu sendiri. Perpindahan kalor melalui zat
tanpa disertai perpindahan partikel-partikel zat dinamakan konduksi.
Sebagaimana telah kalian pelajari di depan, jarak antarpartikel zat padat
sangat dekat jika dibandingkan dengan zat cair dan gas. Oleh karena itu,
perpindahan kalor secara konduksi pada umumnya berlangsung melalui zat padat.
Kemampuan suatu zat untuk
menghantarkan kalor dinamakan daya hantar kalor. Daya hantar kalor zat padat
dapat diselidiki dengan alat Ingenhousz (Gambar
5.8). Alat ini terdiri atas sebuah bejana yang dindingnya dapat dipasang
beberapa zat padat yang berukuran sama. Ketika digunakan, zat-zat padat
dipasang pada tempatnya dan ujung-ujungnya ditetesi lilin. Selanjutnya,
Ingenhousz diberi air mendidih. Setelah ditunggu beberapa saat dapat diketahui
zat padat yang tetesan lilinnya paling cepat meleleh. Zat padat yang tetesan
lilinnya paling cepat meleleh menunjukkan bahwa zat padat itu daya hantar
kalornya paling baik. Sebaliknya, zat padat yang tetesan lilinnya paling lama
meleleh menunjukkan bahwa zat padat itu daya hantarnya paling jelek. Untuk
mengetahui penggunaan alat Ingenhousz, kalian dapat melakukan Kegiatan 5.4 di
bawah ini.
physics.kenyon.edu
Gambar
5.8 Alat Ingenhousz untuk menyelidiki daya hantar kalor zat padat.
Kegiatan
5.4 Menyelidiki Daya Hantar Kalor Zat Padat
|
|
Alat
dan Bahan
Seperangkat alat
Ingenhousz.
Prosedur Kegiatan
- Letakkan enam logam yang berukuran
sama tetapi berbeda jenis pada lubang-lubang bejana, sehingga salah satu
dari setiap ujung logam berada di dalam bejana.
- Berikan tetesan lilin pada setiap
ujung logam yang berada di luar bejana.
- Tuangkan air mendidih ke dalam
bejana. Usahakan setiap logam tercelup dalam air.
- Setelah ditunggu beberapa saat,
perhatikan urutan lilin yang meleleh.
- Logam manakah yang memiliki daya
hantar kalor paling baik? Logam manakah yang memiliki daya hantar kalor
paling jelek?
Berdasarkan
Kegiatan 5.4 dapat disimpulkan bahwa tembaga adalah logam yang memiliki daya
hantar kalor yang baik. Sebaliknya, kayu, kaca, karton, dan plastik adalah zat
padat yang memiliki daya hantar jelek. Penghantar kalor yang baik dinamakan konduktor. Sebaliknya, penghantar kalor
yang jelek dinamakan isolator. Bahan
yang memiliki daya hantar kalor di antara konduktor dan isolator dinamakan semi
konduktor.
Apakah zat cair merupakan penghantar
kalor yang baik? Untuk menyelidiki daya hantar kalor zat cair, kalian dapat
melakukan Kegiatan 5.5.
Kegiatan
5.5 Menyelidiki Daya Hantar Kalor Zat Cair
|
|
Alat dan Bahan
Tabung reaksi,
statif, pemanas, air dan es secukupnya.
Prosedur Kegiatan
- Masukkan sepotong es ke dalam
tabung reaksi, kemudian isilah tabung reaksi dengan air (Gambar 5.9).
- Panaskan bagian permukaan air
sampai mendidih.
- Perhatikan keberadaan es di dasar
tabung reaksi. Apakah es melebur? Apakah kesimpulanmu?
www.gei.ie
Gambar
5.9 Menyelidiki daya hantar kalor pada zat cair.
Berdasarkan Kegiatan 5.5 dapat diketahui bahwa air di permukaan
tabung reaksi dapat mendidih, tetapi es di dasar tabung tidak melebur. Kalor di permukaan air
tidak dapat berpindah melalui air ke dasar tabung reaksi. Artinya, air tidak
dapat menghantarkan kalor. Dengan demikian, zat cair adalah bahan yang sukar
menghantarkan kalor. Zat cair bersifat isolator.
Bagaimanakah kemampuan gas dalam
menghantarkan kalor? Untuk menyelidiki daya hantar kalor gas, kalian dapat
melakukan Kegiatan 5.6.
Kegiatan
5.6 Menyelidiki Daya Hantar Kalor Gas
|
|
Alat dan Bahan
Gelas kimia
besar, gelas kimia kecil, karton tebal, dan air mendidih
Prosedur Kegiatan
- Letakkan karton tebal di dalam
gelas kimia yang besar. Selanjutnya, masukkan gelas kimia kecil ke dalam gelas kimia
besar. Jadi, gelas kimia kecil dan gelas kimia besar dipisahkan oleh
karton tebal (Gambar 5.10).
- Tuangkan air mendidih ke dalam
gelas kimia kecil. Usahakan air tidak tumpah ke dalam gelas kimia besar.
- Setelah ditunggu beberapa saat,
sentuhlah gelas kimia kecil dan gelas kimia besar. Bagaimanakah
perasaanmu? Apakah kesimpulanmu?
Gambar
5.10 Menyelidiki daya hantar kalor pada gas.
Berdasarkan Kegiatan 5.6 dapat
disimpulkan bahwa meskipun dalam gelas kimia besar terdapat sumber panas,
tetapi gelas kimia besar tetap dingin.
Kalor dari gelas kimia kecil tidak dapat berpindah ke gelas kimia yang besar,
sebab di antara kedua gelas kimia dipisahkan oleh karton tebal dan udara. Jadi,
karton dan udara tidak dapat menghantarkan kalor. Dengan kata lain, udara
adalah isolator.
Panci dan alat-alat masak yang lain
pada umumnya dibuat dari bahan konduktor. Dengan demikian, panas mudah
berpindah dari api ke bahan makanan sehingga masakan cepat masak. Mendidihkan
air dengan menggunakan panci yang terbuat dari aluminium tentu akan lebih cepat
dibandingkan dengan mendidihkan air dengan menggunakan bejana yang dibuat dari
tanah liat (gerabah). Hal ini karena aluminium memiliki daya hantar kalor yang
lebih baik daripada gerabah.
Bagian bawah seterika dibuat dari
bahan konduktor supaya dapat menghantarkan kalor yang berasal dari energi
listrik ke pakaian dengan cepat. Dengan demikian, pakaian menjadi cepat panas
sehingga pekerjaan cepat selesai. Akan tetapi, pegangan seterika dibuat dari
plastik (isolator) supaya tangan tidak terasa panas.
Mengapa lantai
ubin terasa lebih dingin di telapak kaki daripada permadani yang menyelimuti
lantai ubin? Ubin merupakan konduktor yang lebih baik daripada permadani.
Perpindahan kalor dari kaki menuju permadani tidak dapat berlangsung dengan
cepat, sehingga permadani dapat memanaskan telapak kaki lebih lama. Akibatnya,
telapak kaki yang menginjak permadani terasa hangat. Sebaliknya, ubin dapat
memindahkan kalor lebih cepat daripada permadani. Artinya, ubin dapat mengambil
kalor dari telapak kaki lebih banyak. Akibatnya, telapak kaki suhunya lebih
cepat turun dan terasa lebih dingin.
2. Konveksi
Konveksi adalah perpindahan kalor karena gerakan partikel-partikel
dalam fluida. Fluida adalah zat yang dapat mengalir. Jadi, zat cair dan gas
adalah fluida. Bagaimanakah proses terjadinya konveksi dalam zat cair? Untuk
menjawab pertanyaan ini, kalian dapat melakukan Kegiatan 5.7 atau Kegiatan 5.8 di
bawah ini.
Kegiatan
5.7 Konveksi dalam Zat Cair
|
|
Alat dan Bahan
Seperangkat alat
konveksi zat cair, serbuk gergaji, pembakar spiritus, dan air.
Prosedur Kegiatan
- Masukkan sejumlah air dan serbuk
gergaji ke dalam alat konveksi (Gambar 5.11).
- Panaskan salah satu sudut bagian
bawah alat konveksi dan tunggu beberapa saat.
- Apa yang terjadi dengan air dan
serbuk gergaji?
bluffton.edu
Gambar
5.11 Alat konveksi zat cair.
Kegiatan
5.8 Konveksi dalam Zat Cair
|
|
Alat dan Bahan
Gelas kimia,
pipa kaca, pembakar spiritus kristal potasium permanganat, dan air secukupnya.
Prosedur Kegiatan
- Isilah gelas kimia dengan air
sampai hampir penuh (Gambar 5.12).
- Letakkan kristal potasium
permanganat di dasar gelas kimia dengan menggunakan pipa kaca. Untuk
menjaga supaya air berwarna yang ada dalam pipa tidak mewarnai air dalam
gelas kimia, angkat pipa kaca itu sambil menutup ujung pipa dengan
menggunakan telunjuk.
- Panaskan gelas kimia tepat di
bawah kristal potasium permanganat dengan pembakar spiritus.
- Amati aliran warna dalam air.
Kalian dapat mengamati kegiatan ini setelah mengamati satu kali lingkaran
warna potasium permanganat.
Gambar
5.12 Aliran konveksi dalam zat cair.
Berdasarkan Kegiatan 5.7 dan
Kegiatan 5.8 tampak bahwa pemanasan menyebabkan serbuk gergaji dan zat warna
potasium permanganat bergerak ke atas. Gerak ke atas serbuk gergaji dan zat
warna potasium permanganat disebabkan oleh naiknya suhu air. Bagaimanakah
peristiwa ini dapat dijelaskan? Kalor dari pembakar spiritus menaikkan suhu
air. Akibatnya, volume air memuai dan massa
jenis air berkurang. Karena massa
jenis air berkurang, air menjadi lebih ringan sehingga air panas bergerak ke
atas. Tempat yang ditinggalkan oleh air panas diisi oleh air dingin, sebab air
dingin memiliki massa
jenis lebih kecil daripada air panas. Jadi, air panas bergerak ke atas dan air
dingin bergerak ke bawah. Hal ini tampak dari gerakan serbuk gergaji dan warna
potasium permanganat. Pergantian antara air panas dan air dingin berlangsung
terus sampai air mendidih.
Pada Kegiatan 5.5, memanaskan
permukaan air dalam tabung reaksi yang dasarnya diberi es tidak terjadi proses
konveksi sehingga es tidak dapat melebur. Mengapa demikian? Konveksi hanya
terjadi apabila terjadi perbedaan massa
jenis. Air panas pada permukaan tabung reaksi tidak dapat menimbulkan aliran
kalor ke dasar tabung, sebab air panas di permukaan tabung memiliki massa jenis yang lebih
kecil daripada air dingin di bawahnya. Akibatnya, air panas tidak dapat
bergerak turun sehingga es tidak dapat melebur.
Seperti telah disebutkan di depan,
peristiwa konveksi terjadi dalam zat cair dan gas. Jadi, konveksi dapat terjadi
di udara (Gambar 5.13). Kegiatan 5.9 membuktikan terjadinya proses konveksi di
udara.
|
|
Kegiatan
5.9 Konveksi dalam Gas
|
|
Alat dan Bahan
Seperangkat alat
konveksi udara, lilin, dan obat nyamuk bakar
Prosedur Kegiatan
- Letakkan lilin menyala di bawah
salah satu cerobong asap.
- Bakarlah obat nyamuk dan letakkan
di atas cerobong asap yang lain.
- Perhatikan aliran asap obat
nyamuk.
- Apakah kesimpulanmu?
uogelph.ca
Gambar
5.13 Proses konveksi di udara.
Lilin menyala
yang diletakkan di bawah cerobong menyebabkan udara panas. Udara panas memiliki
massa jenis
kecil sehingga bergerak ke atas. Udara dingin (memiliki massa jenis besar) di sekelilingnya mengisi tempat
yang ditinggalkan udara panas. Sirkulasi udara ini tampak dari gerakan asap
obat nyamuk.
Peristiwa Konveksi dalam Kehidupan Sehari-hari
Konveksi memegang peranan penting dalam kehidupan sehari-hari.
Banyak peristiwa yang dijumpai dalam kehidupan sehari-hari dapat dijelaskan
berdasarkan proses konveksi.
a.
Cerobong Lampu Teplok
Nyala lampu teplok yang diberi cerobong kaca ternyata lebih terang
daripada nyala lampu teplok tanpa cerobong kaca. Proses pembakaran sumbu lampu
teplok bercerobong lebih banyak mendapat oksigen. Nyala lampu menyebabkan suhu
udara di atasnya naik sehingga udara panas akan meninggalkan cerobong. Udara
dingin yang banyak mengandung oksigen akan mengisi daerah yang ditinggalkan
oleh udara panas melalui bagian bawah cerobong kaca. Jadi, nyala lampu menjadi
terang karena mendapat banyak oksigen.
b. Sistem Ventilasi di Rumah
Konveksi udara secara alami terjadi pada sistem ventilasi rumah
(Gambar 5.14). Udara panas di dalam rumah bergerak ke atas dan keluar melalui
lubang ventilasi. Tempat yang ditinggalkan udara panas ini kemudian diisi oleh
udara dingin di sekitarnya. Akibatnya, di dalam rumah terjadi proses sirkulasi
udara sehingga di dalam rumah terasa nyaman.
Gambar 5.14 Sistem ventilasi udara.
c. Angin Laut
dan Angin Darat
Pada siang hari daratan dan lautan menerima kalor yang berasal dari
matahari. Karena kalor jenis air laut lebih besar daripada kalor jenis tanah
(daratan), sehingga kenaikan suhu air laut lebih rendah daripada kenaikan suhu
daratan. Akibatnya, suhu udara di atas permukaan laut lebih kecil daripada suhu
udara di daratan. Dengan kata lain, udara di atas daratan lebih panas daripada
udara di atas permukaan laut. Dengan demikian, udara di atas lebih ringan
sehingga bergerak ke atas. Tempat udara yang ditinggalkan ini kemudian diisi
oleh udara dingin yang berasal dari laut. Jadi, pada siang hari terjadi angin
laut: angin yang berasal dari laut menuju ke darat (Gambar 5.15a).
Pada malam hari udara di atas
permukaan laut lebih panas daripada udara di atas daratan. Akibatnya, udara di
atas permukaan laut bergerak naik dan tempatnya diisi oleh udara dingin yang
berasal dari daratan. Jadi, pada malam hari terjadi angin darat: angin yang
berasal dari darat ke laut (Gambar 5.15b).
Angin darat yang terjadi malam hari
sering dimanfaatkan oleh para nelayan untuk pergi ke laut untuk menangkap ikan.
Sebaliknya, angin laut yang terjadi pada siang hari dimanfaatkan oleh para
nelayan untuk kembali ke darat. Dengan demikian, apabila ingin mencari ikan
segar hasil tangkapan para nelayan kalian harus menunggu datangnya nelayan dari
laut lepas di siang hari.
(a)
(b)
energyquest.ca.gov
Gambar
5.15 (a) Angin laut pada siang hari dan (b) angin darat pada malam hari.
Pertanyaan
Diskusi
1.
Jika kalian membakar sampah,
asap bergerak ke atas. Mengapa demikian?
2.
Jelaskan prinsip kerja cerobong
asap di pabrik-pabrik.
Science, Technology,
and Society
|
|
3. Radiasi
Ketika kalian berkemah dan membuat api unggun, bagaimanakah caranya
panas api unggun itu sampai ke tubuh kalian sehingga terasa hangat? Panas yang
berasal dari api ungun sampai ke tubuh kalian jelas tidak melalui konveksi.
Seperti telah diuraikan di depan, udara panas yang ditimbulkan oleh api unggun
tidak menyebar ke arah horizontal, melainkan bergerak ke atas. Hal ini terjadi
karena udara panas massa
jenisnya kecil, sehingga bergerak ke atas. Panas api unggun sampai ke tubuh
kalian juga tidak melalui konduksi, sebab tidak ada zat padat yang
menghubungkan antara api unggun dan tubuh kalian. Jadi, panas api unggun sampai
ke tubuh kalian tidak melalui zat perantara. Nah, perpindahan kalor tanpa
melalui zat perantara dinamakan radiasi atau pancaran.
Panas matahari sampai ke permukaan
bumi juga melalui proses radiasi atau pancaran. Untuk sampai ke permukaan bumi
matahari harus melalui jarak ribuan kilometer. Meskipun di atmosfer terdapat
ruang hampa udara, ternyata panas matahari tetap sampai ke permukaan bumi.
Jadi, radiasi matahari dapat melewati ruang hampa. Radiasi matahari dapat melewati ruang hampa karena energi
panas matahari dipancarkan dalam bentuk gelombang elektromagnetik.
Apabila suatu zat menerima kalor
yang berasal dari proses radiasi, kalor
itu akan diteruskan, dipantulkan, atau diserap oleh zat itu. Setiap zat
memiliki kemampuan yang berbeda-beda dalam meneruskan, memantulkan, dan
menyerap kalor yang diterima. Ada
beberapa zat yang dapat menjadi panas apabila menerima kalor. Sebaliknya, ada
beberapa zat yang tidak dapat menjadi panas apabila menerima kalor. Zat yang
dapat menjadi panas apabila menerima panas dinamakan aterman, misalnya udara. Zat yang tidak menjadi panas apabila
menerima panas dinamakan diaterman,
misalnya ruang hampa.
Seperti telah disebutkan di atas,
setiap zat memiliki kemampuan yang berbeda-beda dalam menyerap kalor yang
diterimanya. Untuk menyelidiki kemampuan zat menyerap atau memancarkan kalor dapat
digunakan alat yang dinamakan termoskop (Gambar 5.16). Ada dua macam termoskop,
yaitu:
- termoskop dengan dua bola kaca,
berwarna hitam dan berwarna bening, berfungsi untuk menyelidiki kemampuan
benda menyerap kalor;
- termoskop dengan dua bola kaca
bening yang dilengkapi dengan kubus leslie, berfungsi untuk menyelidiki
kemampuan benda memancarkan kalor.
Bola-bola kaca
pada termoskop dihubungkan dengan pipa kaca yang di dalamnya berisi alkohol.
Kubus leslie adalah suatu kubus yang setiap sisi dinding luarnya memiliki
warna-warna yang berbeda (Gambar 5.17). Beberapa warna yang sering digunakan
adalah putih mengkilap, hitam kusam, kuning, dan merah.
Untuk
menyelidiki kemampuan benda menyerap kalor, kalian dapat melakukan Kegiatan
5.10 di bawah ini.
Kegiatan
5.10 Menyelidiki Kemampuan Zat Menyerap Kalor
|
|
Alat dan Bahan
Termoskop dengan
dua kaca berbeda warna dan lilin
Prosedur Kegiatan
- Letakkan lilin menyala di antara
dua bola kaca termoskop.
- Setelah ditunggu beberapa saat,
perhatikan tinggi permukaan alkohol pada pipa kaca.
- Apakah kesimpulan kalian?
inpr.fr
Gambar
5.16 Termoskop untuk menyelidiki kemampuan zat menyerap kalor.
Berdasarkan
Kegiatan 5.10, setelah lilin dipasang, tampak bahwa permukaan alkohol pada pipa
di bawah bola kaca berwarna hitam ternyata lebih rendah daripada permukaan
alkohol pada pipa kaca di bawah bola berwarna bening. Turunnya permukaan
alkohol di bawah bola kaca berwarna hitam ini disebabkan oleh pemuaian udara di
atasnya. Hal ini terjadi karena pemuaian udara di dalam bola kaca berwarna
hitam. Bola kaca berwarna hitam lebih banyak menyerap kalor daripada bola kaca
berwarna bening. Akibatnya, udara dalam bola kaca berwarna hitam pemuaiannya lebih
besar daripada udara dalam bola kaca berwarna bening. Berdasarkan Kegiatan 5.10
dapat disimpulkan bahwa benda berwarna hitam (gelap) lebih banyak menyerap
kalor daripada benda berwarna bening.
Untuk menyelidiki kemampuan benda memancarkan kalor, kalian dapat
melakukan Kegiatan 5.11 di bawah ini.
Kegiatan
5.11 Menyelidiki Kemampuan Benda Memancarkan Kalor
|
|
Alat dan Bahan
Termoskop dengan
dua bola kaca berwarna bening dan kubus leslie
Prosedur Kegiatan
- Letakkan kubus leslie di antara
dua bola kaca termoskop.
- Tuangkan air panas ke dalam kubus
leslie
- Setelah ditunggu beberapa saat,
perhatikan tinggi permukaan alkohol pada pipa kaca.
- Apakah kesimpulan kalian?
Hasil Kegiatan
5.11 menunjukkan bahwa permukaan alkohol yang berhubungan dengan bola kaca yang
berhadapan dengan dinding kubus leslie warna terang (putih mengkilap) ternyata
lebih tinggi daripada permukaan alkohol pada pipa di sebelahnya. Artinya, udara
dalam bola kaca yang berhadapan dengan dinding kubus leslie berwarna hitam
memuai lebih besar. Jadi, benda yang permukaannya
berwarna hitam lebih banyak memancarkan kalor daripada benda yang permukaannya
putih mengkilap.
Gambar
5.17 Kubus leslie.
Berdasarkan Kegiatan 5.10 dan
Kegiatan 5.11 dapat disimpulkan sebagai berikut.
- Benda yang permukaannya hitam
merupakan penyerap sekaligus pemancar kalor yang baik.
- Benda yang permukaannya putih
merupakan penyerap sekaligus pemancar kalor yang buruk.
|
|
Science, Technology,
and Society
|
|
1. Seragam Anak Sekolah: Baju Berwarna Putih
Tahukah
alasannya mengapa pakaian seragam anak-anak sekolah bajunya berwarna putih?
Pertanyaan ini dapat dijelaskan dengan menggunakan ilmu fisika. Indonesia dilalui oleh garis katulistiwa,
sehingga Indonesia
berhawa panas. Seperti telah diuraikan di atas, warna putih merupakan penyerap
sekaligus pemancar kalor paling buruk. Jadi, panas matahari sukar diserap oleh
warna putih. Akibatnya, dengan menggunakan warna putih anak-anak sekolah menjadi
terasa lebih nyaman. Kalian bisa membayangkan, betapa gerahnya apabila baju
seragam sekolah berwarna hitam!
2. Microwave Oven
Perpindahan
kalor secara radiasi dapat digunakan
untuk menjelaskan prinsip kerja alat untuk memasak yang dikenal sebagai microwave oven (Gambar 5.18). Microwave
atau gelombang mikro merupakan salah satu jenis radiasi elektromagnetik yang
dapat diserap oleh molekul-molekul air. Dalam microwave oven, gelombang mikro
didistribusikan dari logam yang berputar serta logam pada dinding-dindingnya.
Gelombang mikro mampu menembus plastik pembungkus makanan atau piring sehingga
dapat diserap oleh molekul-molekul air dalam makanan. Penyerapan gelombang mikro
ini menyebabkan makanan menjadi panas dan menjadi matang.
merrietta.edu
Gambar
5.18 Microwave oven.
Akhir-akhir ini
kita sering mendengar istilah efek rumah kaca, yaitu gejala fisika yang
berhubungan dengan radiasi matahari. Nah, tugas kalian adalah membuat karya
tulis yang menjelaskan efek rumah kaca. Jelaskan faktor-faktor yang menyebabkan
terjadi efek rumah kaca. Di samping itu, jelaskan pula dampak positif dan
dampak negatif yang ditimbulkannya. Untuk mencari bahan bacaan, kalian dapat
menggunakan internet.
RANGKUMAN
Ø
Pemuaian adalah pertambahan
ukuran zat akibat pemanasan.
Ø
Musschenbroek adalah alat yang digunakan
untuk mempelajari pemuaian panjang.
Ø
Pertambahan panjang zat padat
dapat dihitung dengan menggunakan rumus
dengan adalah pertambahan
panjang, adalah panjang zat padat mula-mula, adalah perubahan suhu,
dan adalah koefisien muai
panjang.
Ø
Apabila air dipanaskan dari
suhu 0oC sampai 4oC, volume air menyusut dan mencapai
volume minimal pada suhu 4oC. Peristiwa ini dinamakan anomali air.
Ø
Volume air minimal terjadi pada
suhu 4oC. Oleh karena itu, massa
jenis air maksimum terjadi pada suhu 4oC.
Ø
Parafin dan bismuth merupakan dua zat yang memiliki sifat anomali.
Ø
Dilatometer adalah alat yang
digunakan untuk mengetahui pengaruh suhu terhadap volume gas.
Ø
Semua jenis gas memiliki nilai
koefisien muai volume yang sama, yaitu
Ø
Perpindahan kalor melalui zat
tanpa disertai perpindahan partikel-partikel zat dinamakan konduksi. Konduksi
terjadi dalam zat padat.
Ø
Ingenhousz adalah yang digunakan untuk menyelidiki daya
hantar kalor zat padat.
Ø
Penghantar kalor yang baik
dinamakan konduktor. Sebaliknya,
penghantar kalor yang jelek dinamakan isolator.
Bahan yang memiliki daya hantar kalor di antara konduktor dan isolator
dinamakan semi konduktor.
Ø
Konveksi adalah perpindahan
kalor karena gerakan partikel-partikel dalam fluida. Konveksi dapat terjadi
dalam zat cair dan gas.
Ø
Radiasi adalah perpindahan
kalor tanpa melalui zat perantara.
SOAL-SOAL
A. Pilihan Ganda
Petunjuk: Pilihlah satu jawaban yang tepat!
1.
Sebatang logam pada suhu 0oC
panjangnya 1 m. Jika koefisien muai panjang logam 0,0005/oC, maka
panjang logam pada suhu 30oC adalah ….
A.
101,5 cm C. 113,5 cm
B.
105,3 cm D. 115,6 cm
2.
Sebatang tembaga dengan panjang
10 m dipanaskan hingga mencapai kenaikan suhu 20oC. Koefisien muai
panjang tembaga 0,000017/oC. Pertambahan panjang tembaga adalah ….
A.
1,034 m C. 0,0034 m
B.
0,034 m D.
1,0034 m
3.
Berikut ini beberapa cara untuk
mengatasi masalah pemuaian, kecuali:
A.
gelas dari dalam lemari es tidak
langsung diisi dengan air panas
B.
memompa ban sepeda hingga
tekanannya maksimum
C.
membuat celah pada sambungan
rel kereta api
D.
membuat celah pada ujung
jembatan
4.
Pertambahan panjang sebatang
logam tidak tergantung pada ….
A.
koefisien muai panjang
B.
panjang mula-mula
C.
kenaikan suhu
D.
massa logam
5.
Jika air dengan suhu 15oC
dipanaskan hingga mencapai suhu 75oC, maka ….
A.
massa jenis air turun C.
massa air turun
B.
massa jenis air naik D.
massa air naik
6.
Sifat anomali air menunjukkan
bahwa massa
jenis air ….
A.
terbesar pada suhu 4oC
B.
terkecil pada suhu 4oC
C.
berkurang apabila dipanaskan
D.
bertambah apabila didinginkan
7.
Sebatang logam yang panjangnya
100 cm memiliki koefisien muai panjang 0,00002/oC. Apabila logam
dipanaskan sehingga terjadi kenaikan suhu 50oC akan terjadi pertambahan
panjang sebesar ….
A.
0,10 cm C. 1,001 cm
B.
0,15 cm D. 0,001 cm
8.
Apabila sejumlah air
didinginkan dari 10oC menjadi 0oC, volumenya akan ….
A.
bertambah
B.
berkurang
C.
bertambah kemudian berkurang
D.
berkurang kemudian bertambah
9.
Apabila sebatang keping bimetal
dipanaskan, maka bimetal akan melengkung ke arah logam yang memiliki ….
A.
massa jenis lebih
besar
B.
massa jenis lebih
kecil
C.
koefisien muai panjang lebih
besar
D.
koefisien muai panjang lebih
kecil
10. Sebatang logam dengan koefisien muai panjang a mula-mula panjangnya l0.
Apabila logam itu dipanasi sehingga terjadi kenaikan suhu Dt, maka pertambahan panjang logam dapat dihitung dengan rumus ….
A. C.
B. D.
11. Panci yang diisi air sampai penuh, ternyata ada sebagian air yang
tumpah apabila dipanaskan. Hal ini menunjukkan bahwa ….
A.
koefisien muai volume air lebih
kecil daripada koefisien muai volume panci
B.
koefisien muai volume air lebih
besar daripada koefisien muai volume panci
C.
massa jenis panci lebih besar daripada massa jenis air
D.
koefisien muai panjang panci
lebih besar daripada koefisien muai volume air
12. Permukaan raksa dalam termometer naik jika suhunya makin tinggi. Hal
ini disebabkan oleh ….
- raksa memuai, sedangkan kaca tidak
- koefisien muai raksa lebih besar
daripada kaca
- koefisien muai raksa lebih kecil
daripada kaca
- kaca adalah penghantar panas yang
baik
13.
Perpindahan kalor melalui zat
tanpa disertai perpindahan partikel-partikel zat dinamakan ….
A.
konduksi C. radiasi
B.
konveksi D. induksi
14. Perpindahan kalor yang dapat terjadi pada ruang hampa adalah ….
A.
konduksi C. radiasi
B.
konveksi D. induksi
15.
Pakaian warna hitam apabila
dijemur akan lebih cepat kering daripada pakaian warna putih. Hal ini
disebabkan karena ….
A.
warna putih tidak dapat
menyerap kalor
B.
warna putih sangat mudah
menyerap kalor
C.
warna hitam sangat mudah
menyerap kalor
D.
warna hitam memiliki kalor
jenis yang tinggi
B. Uraian
Petunjuk:
Kerjakan soal-soal di bawah ini!
Tingkat I
Pemuian Zat
- Semua bahan akan memuai apabila
dipanaskan. Benarkah pernyataan ini? Jelaskan.
- Massa jenis
air paling kecil pada suhu 4oC. Benarkah pernyataan ini?
Jelaskan.
- Koefisien muai panjang baja adalah
a = 0,000012/oC. Apakah artinya?
- Sebuah penggaris baja (a = 0,000012/oC) pada suhu 30oC panjangnya
100 cm. Berapakah panjang baja pada suhu 100oC?
- Sebatang tembaga (a = 0,000017/oC) pada suhu 20oC panjangnya
80 cm. Berapakah pertambahan panjang tembaga apabila dipanaskan sampai
suhu 100oC?
- Air dengan suhu 0oC
apabila dipanaskan sampai suhu 3oC volume bertambah besar.
Benarkah pernyataan ini? Jelaskan.
- Sebuah cincin baja dipanaskan dari
20oC sampai 80oC. Apakah lubang cincin akan membesar
atau mengecil? Jelaskan.
- Apakah yang dimaksud dengan
anomali air? Jelaskan.
- Apakah yang dimaksud bimetal?
Jelaskan.
- Mengapa kaca jendela yang
bingkainya dibuat dari kayu ketika hujan deras tiba-tiba pecah?
Perpindahan
Kalor
- Apakah perbedaan antara konduktor
dan isolator?
- Jelaskan perbedaan antara
konduksi, konveksi, dan radiasi ditinjau gerak partikel-partikelnya dalam
zat.
- Dapatkah cahaya matahari memasuki
ruang hampa udara? Jelaskan.
Tingkat II
- Sebuah cincin baja pada suhu 25oC
memiliki jari-jari 5 cm. Cincin itu akan dipasang pada sebuah bingkai yang
jari-jarinya 5,02 cm. Jika koefisien muai panjang baja 0,000012/oC,
sampai suhu berapakah cincin harus dipanaskan supaya dapat masuk pada
bingkainya?
Suatu bejana gelas dengan volume 100 cm3
pada suhu 30oC diisi alkohol sampai penuh. Jika bejana itu
dipanaskan sampai suhu 80oC adakah alkohol yang tumpah? (koefisien
muai panjang gelas 0,000009/oC, koefisien muai volume alkohol
0,00120/oC).