Pendalaman Materi Pelajaran IPA untuk SMP (bagian-2)
Kompetensi 2
Konsep zat dan kalor
A. Wujud zat
Pada umumnya, zat dapat berada dalam 3 wujud, yaitu padat, cair dan gas. Wujud zat bergantung pada suhu zat saat itu. Misalnya, air berwujud padat pada suhu di bawah nol derajat Celsius, berwujud cair pada suhu 0 derajat Celsius hingga 100 derajat Celsius, dan berwujud gas di atas suhu 100 derajat Celsius.
1. Wujud Padat
Zat padat memiliki sifat fisik : bentuk dan volume selalu tetap.Susunan molekul pada zat padat sangat rapat dan sangat dekat.Molekul zat padat hanya bergetar dan berputar terbatas pada tempatnya. Gaya tarik antar-molekul sangat kuat sehingga zat padat sukar dipisahkan dari kelompoknya.
Contoh zat padat : kayu, batu, tanah, besi, dan lain-lain.
2. Wujud Cair
Zat cair memiliki sifat fisik :volume tetap, tetapi bentuk berubah-ubah sesuai bentuk tempatnya. Susunan molekul zat cair agak lebih renggang dibanding susunan molekul zat padat. Oleh karena itu, molekul zat cair mudah bergerak secara bebas tetapi masih dalam kelompoknya. Gaya tarik menarik antar-molekul zat cair lebih lemah dibanding gaya tarik-menarik antar-molekul zat padat, tetapi masih cukup kuat sehingga molekul zat cair sulit melepaskan diri dari kelompoknya.
Contoh zat cair : sirop, kecap, minyak goreng, dan lain-lain.
3. Wujud Gas
Zat gas memiliki sifat fisik : bentuk dan volume selalu berubah sesuai bentuk dan volume tempat gas tersbut berada. Susunan molekul zat gas sangat renggang dan bergerak sangat bebas sehingga gaya tarik-menarik antar-molekul sanagat lemah. Karena gaya tarik-menarik antar-molekul gas sangat lemah, bentuk dan volume gas selalu berubah menyesuaikan dengan bentuk dan volume wadah yang ditempati gas. Gas selalu mengisi ruang kosong.
Contoh zat gas : asap, udara, oksigen, dan lain-lain.
Gambar berikut menunjukkan skema atau struktur molekul benda padat, cair, dan gas.
Benda padat, Benda cair, Benda gas,
Molekul tersusun Molekul tersusun Molekul tersusun
sangat rapat, agak renggang sangat renggang
bergerak terbatas bergerak bebas bergerak sangat bebas
Gbr
4. Perubahan Wujud Zat
Apabila benda dipanaskan atau disinginkan, pada umumnya benda dapat berubah wujud.
Perubahan wujud zat tersebut dapat dibedakan menjadi :
. Mencair atau meleleh atau melebur, yaitu perubahan dari wujud cair.
Contoh : lilin meleleh, es berubah menjadi cair, mentega mencair.
. Membeku, yaitu perubahan dari wujud cair menjadi padat.
Contoh : air berubah menjadi es, minyak goreng membeku.
. Menguap, yaitu perubahan dari wujud cair menjadi gas.
Contoh : air di lantai mengering karena berubah menjadi gas
. Mengembun, yaitu perubahan dari wujud gas menjadi wujud cair.
Contoh : air panas dalam wadah, ketika ditutup akan terbentuk embun pada tutupnya,
dan pengembunan uap air di udara menjadi air hujan
. Menyublim, yaitu perubahan dari wujud padat menjadi gas, tanpa melelui fase cair.
Contoh : kamper menjadi gas.
. Mendeposisi, yaitu perubahan dari wujud gas menjadi wujud padat tanpa melalui fase cair.
Contoh : terbentuknya kerak atau karbon pada alas panci.
5. Manfaat Perubahan Wujud Zat dalam Kehidupan sehari-hari
Perubahan zat sangat berguna dalam kehidupan kita sehari-hari. Misalnya, ketika kita akan memasak dengan mentega, mentega harus dicairkan lebih dahulu. Contoh lain adalah pembuatan es, pembuatan alat memasak, pembuatan perhiasan, pembuatan makanan seperti cokelat, pembuatan logam, dan lain-lain.
B. Masa Jenis
Massa jenis adalah massa benda tiapsatuan volume. Karena massa adalah jumlah materi yang dikandung suatu zat, maka massa jenis dapat diartikan sebagai tingkat kerapatan materi suatu zat. Artinya, makin rapat susunan zat, makin besar massa jenisnya. Misalnya, karet busa terlihat berlubang-lubang walaupun sangat halus, sedangkan kayu tidak tampak adanya lubang atau pori-pori. Ini menunjukkan bahwa kayu lebih besar daripada massa jenis karet busa.
Massa jenis benda didefinisikan sebagai hasil bagi antara massa benda dengan volume benda.
Atau
text box (rumus)
Massa jenis = massa:volume atau p = m:v
Satuan massa jenis adalah kg/m3 (SI) dan g/cm3.
1 g/cm3 = 1.000 kg/m3
Massa jenis benda sejenis pada suhu yang sama pasti nilainya. Oleh karena itu, massa jenis benda merupakan ciri khas suatu benda. Artinya, dengan mengetahui nilai massa jenis dapat diketahui jenis tersebut, karena setiap zat memiliki massa jenis yang berbeda.
Dalam pengukuran massa jenis benda digunakan 2 alat, yaitu neraca untuk mengukur massa dan gelas ukur untuk mengukur volume benda atau menggunakan mistar untuk mengukur volume benda yang bentuknya beraturan.
Pemahaman tentang massa jenis sangat penting dalam kehidupan manusia. Contoh: kerangka pesawat terbang harus memenuhi syarat, yaitu logam yang massa jenisnya rendah tetapi kuat, seperti titanium dan alumunium.Bahan kapal harus ringan dan tahan karat, seperti plastik yang dicampur serat.
C. Pemuaian Benda Akibat Pengaruh Suhu
Pada umumnya,setiap benda mengalami pemuaian (penambahan volume) ketika suhunya naik dan mengalami penyusutan ketika suhunya turun,kecuali pada benda-benda tertentu seperti air pada suhu 0 - 4 derajat Celsius dan bismuth pada suhu tertentu. Pemuaian pada suatu benda dapat merugikan tetapi pada sisi tertentu dapat dimanfaatkan.
Berikut ini contoh pemanfaatan pemuaian dalam kehidupan sehari-hari.
1. Pemasangan poros roda kereta api dan poros roda pedati. Dalam hal ini diameter poros dibuat lebih besar sedikit dibanding diameter lubang roda. Dengan memanaskan roda kereta, maka lubang pada roda memuai. Pada saat itulah poros dimasukkan ke dalam roda kemudian roda didinginkan.
2. Penggunaan bimetal untuk sakelar otomatis pada setrika listrik, lemari es, alarm kebakaran, dan lainnya. Bimetal adalah dua keping logam berbeda yang disatukan dengan cara dikeling atau dilas. Karena kedua logam berbeda koefisien muainya, maka ketika dipanaskan atau didinginkan, bimetal akan melengkung. Bimetal melengkung ke arah logam yang koefisien muainya lebih kecil ketika dipanaskan dan melengkung ke arah logam yang koefisiennya lebih besar ketika didinginkan.
3. Melepaskan tutup botol yang sukar dilepas. Karena tutup botol terbuat darilogam yang koefisien muainya lebih besar dari kaca (gelas), maka ketika suhu turun tutup botol menyusut lebih cepat dibanding mulut botol. Akibatnya, tutup botol sulit dibuka. Dengan memanaskan tutup botol, tutup botol akan lebih mudah dibuka karena tutup botol memuai lebih cepat dibanding mulut botol.
Contoh kerugian akibat pemuaian dalam kehiduopan sehari-hari.
1. Gelas atau mangkok dari kaca retak atau pecah ketika diisi dengan air panas sevara tiba-tiba.Hal ini terjadi karena gelas tidak mudah menghantarkan panas sehingga ketika diisi air panas, kalor tidak cepat menyebar. Akibatnya, bagian dalam gelas memuai lebih cepat dibanding bagian luarnya.
2. Rel kereta api melengkung pada siang hari karena rel mengalami pemuaian, sedangkan rel terikat oleh baut-baut pengikat. Untuk mengatasi melengkungnya rel, pada tiap sambungan rel diberi celah.
3. Kaca pada jendela atau kaca pada pintu, retak atau pecah pada siang yang panas. Hal ini karena pemuaian kaca lebih besar dibanding pemuaian kayu.Untuk mencegah agar kaca tidak pecah, maka bingkai kaca dibuat lebih luas (longgar) dibanding kacanya.
4. Jembatan dapat melengkung atau patah ketika suhu udara naik. Hal ini dapat diatasi dengan cara membuat celah (rongga) pada tiang penyangga jembatan atau membuat celah pada tiap sambungan balok jembatan.
5. Bagian mesin mobil atau motor memuai ketika mesin sedang beroperasi.Akibatnya, suara mesin menjadi kasar dan bagian yang berputar menjadi mogok berputar. Hal ini dapat diatasi dengan cara mendinginkan mesin dengan cara memasukkan cairan pendingin.
6. Kabel listrik dipasang agak kendor. Jika dipasang dalam posisi tegang, pada malam hari yang suhunya lebih rendah, kabel listrik menyusut dan dapat putus.
D. Konversi Suhu Pada Termometer
Suhu air saat membeku adalah 0oR atau 0 derajat Celsius atau 32 derajat Fahrenheit atau 273 K, sedangkan suhu air saat mendidih adalah 80 derajat Reamur atau 100 derajat Celsius atau 212 derajat Fahrenheit atau 373 K. Selisih (perbedaan suhu) antara saat mulai membeku (titik beku) dengan saat air mulai mendidih (titik didih) adalah 80oR atau 100oC atau 180oF. Jadi, selisih suhu 80oR = selisih suhu 100oC = selisih suhu 180oF. Dengan demikian, perbandingan selisih suhu tersebut dapat ditulis R : C : F = 80 : 100 :180 atau R : C : F = 4 : 5 : 9.
Persamaan skala Fahrenheit dengan Celsius :
TF = (9/5TC + 32) oF dan TC = 5/9(TF - 32) oC
Persamaan skala Reamur dengan skala Fahrenheit :
TR = 4/9(TF- 32)oR dan TF = (9/4TR + 32) oF
Persamaan skala Reamur dan Pengukurannya :
TR = (4/5TC) oR dan TC = (5/4TR) oC
E. Kalor dan Pengukurannya
Kalor adalah energi panas. Kalor dapat mengalir dari suatu tempat yang suhunya lebih tinggi menuju tempat yang suhunya lebih rendah. Dalam sistem SI, kalor dinyatakan dalam satuan joule (J) dan dalam satuan non SI dinyatakan dalam satuan kalori atau kilokalori (kkal). 1 kalori = 4,18 joule dan dibulatkan menjadi 4,2 joule atau 1 kal = 4,2 joule = 0,24 kalori.
Kalor yang diserap atau dilepaskan oleh benda dapat menyebabkan perubahan pada benda itu. Perubahan yang terjadi pada benda adalah perubahan suhu atau perubahan wujud. Perubahan suhu dan perubahan wujud zat tidak terjadi bersamaan. Artinya, jika benda sedang berubah suhu, wujudnya tetap dan ketika benda sedang berubah wujud suhunya tetap.
Jika benda melepaskan kalor, suhu benda turun dan jika benda meneima kalor, suhu benda naik. Jumlah kalor yang diterima benda sebanding dengan massa benda. Artinya, makin besar massa benda dan kenaikan suhu benda, makin besar kalor yang diperlukan. Jumlah kalor yang diperlukan benda secara matematis dapat ditulis dengan rumus :
Q = m x c x del T
Q = jumlah kalor (J)
m = massa benda (kg)
c = kalor jenis (J/kgoC)
del T = selisih suhu (kenaikan suhu atau penurunan suhu) (oC)
del T = T2 -T1 atau del T = T1 -T2 (oC)
Kalor jenis adalah jumlah kalor yang diterima oleh 1 kg benda tiap kenaikan suhu 1 oC. Setiap benda memiliki kalor jenis benda, makin lambat kenaikan suhunya. Artinya, jika dua benda yang berbeda jenis tetapi memiliki massa sama, dipanaskan dan menerima kalor yang sama, maka benda yang kalor jenisnya lebih kecil akan mengalami kenaikan suhu yang lebih cepat.
1. Melebur dan Membeku
a. Kalor lebur
Kalor lebur adalah kalor yang diserap 1 kg benda untuk mengubah wujudnya dari padat menjadi cair seluruhnya pada titik lebur zat. Selama zat melebur, suhu zat tetap.Oleh karena kalor yang diserap zat selama nmelebur tidak tampak sebagai kenaikan suhu, naka kalor tersebut disebut kalor laten. Jumlah kalor yang diserap zat selama proses peleburan dapat dihitung :
Q = m x L
Q = jumlah kalor (J)
m = massa zat (kg)
L = kalor lebur (J/kg)
b. Kalor beku
Kalor beku adalah kalor yang dilepas oleh 1 kg zat dari wujud cair hingga menjadi wujud padat seluruhnya pada titik bekunya. Selama zat cair membeku, suhunya tetap. Kalor beku disebut kalor laten karena tidak menyebabkan kenaikan suhu. Pada setiap zat,kalor beku = kalor lebur. Jumlah kalor yang dilepas zat selama membeku dapat dihitung dengan persamaan :
Q = jumlah kalor (J)
m = massa zat (kg)
L = kalor beku (J/kg)
2. Mendidih dan Mengembun
Mendidih adalah penguapan zat cair yang terjadi di seluruh bagian zat itu. Pada saat zat cair mendidih, suhu zat tetap walaupun zat terus menerima kalor. Kalor yang diserap digunakan untuk mempercepat gerak molekul. Kalor yang digunakan oleh 1 kg zat cair untuk mengubah wujudnya dari cair menjadi uap seluruhnya pada titik uapnya disebut kalor uap. Jumlah kalor yang diperlukan oleh suatu zat dapat dihitung dengan rumus :
Q = m x U
Q = jumlah kalor (J)
m = massa zat cair (kg)
U = kalor embun (J/kg)
Demikianlah Pendalaman Materi Pelajaran IPA untuk SMP. Semoga berguna
0 komentar:
Posting Komentar