Materi UTN 2016

KALOR

Pengertian Kalor

            Apakah yang dimaksud dengan kalor? Untuk menjelaskan pengertian kalor, perhatikan kejadian yang sering terjadi dalam kehidupan sehari-hari. Ketika sendok dimasukkan ke dalam secangkir kopi panas, sendok menjadi hangat dan kopi panasnya menjadi berkurang. Hal ini karena kalor mengalir dari kopi panas (suhu lebih tinggi) ke sendok (suhu lebih rendah). Apabila secangkir kopi panas itu dibiarkan di atas meja, lama-kelamaan kopi panas itu akan menjadi dingin dengan sendirinya. Hal ini karena kalor mengalir dari kopi panas (suhu lebih tinggi) ke lingkungan sekitarnya (suhu lebih dingin). Kalor berhenti mengalir apabila suhu kopi panas sama dengan suhu lingkungannya. Jadi, apabila dua benda bersentuhan secara alamiah kalor berpindah dari benda yang suhunya lebih tinggi ke benda yang suhunya lebih rendah. Kalor akan berhenti berpindah apabila suhu kedua benda itu sama. Dapatkah kalian memberikan beberapa contoh yang menunjukkan perpindahan kalor secara alamiah?

            Interaksi antara sendok dan kopi panas serta kopi panas dan lingkungannya yang menyebabkan perubahan suhu pada dasarnya merupakan perpindahan energi dari satu benda ke benda lain. Perpindahan energi yang hanya terjadi karena perbedaan suhu disebut aliran kalor atau perpindahan kalor. Pada peristiwa ini energi yang dipindahkan berupa panas. Jadi, kesimpulannya, kalor adalah energi yang berpindah dari satu benda ke benda lain karena adanya perbedaan suhu.

Pengaruh Kalor Pada Zat

            Apakah yang terjadi apabila zat diberi kalor? Untuk menjawab pertanyaan ini kalian dapat melakukan Kegiatan 1.

Kegiatan 1. Pengaruh Kalor Pada Zat

 

Alat dan Bahan

Gelas kimia, termometer skala Celsius, pembakar spiritus, kaki tiga, kawat kasa, dan beberapa pecahan es batu

Prosedur Percobaan

1. Masukkan beberapa pecahan es batu ke dalam gelas kimia. Ukurlah suhu awal es batu dengan termometer. Tempatkan gelas kimia di atas kaki tiga dengan menggunakan alas kawat kasa.
2. Panaskan gelas kimia yang telah berisi pecahan-pecahan es batu dengan menggunakan pembakar spiritus.
3. Amati perubahan angka pada termometer sambil mengamati perubahan yang terjadi pada es batu mulai dari bentuk padat, cair, dan akhirnya mendidih.
4. Bagaimanakah kesimpulan kalian tentang pengaruh kalor pada zat?

Berdasarkan Kegiatan 1 dapat disimpulkan bahwa ketika kalor diberikan pada sejumlah es batu (wujud padat), suhu es naik sampai mencapai titik leburnya (kira-kira 0^oC). Ketika es melebur menjadi air, suhu tetap 0^oC sampai seluruh es melebur. Apabila kalor telur diberikan, suhu air terus meningkat sampai mencapai titik didih 100^oC. Berdasarkan Kegiatan 1 dapat disimpulkan bahwa pemberian kalor pada zat dapat menyebabkan perubahan suhu zat dan perubahan wujud zat.

     

Apakah Satuan Kalor?

Satuan kalor adalah kalori. Satuan ini didefinisikan berdasarkan perubahan suhu pada zat. Satu kalori (1 kal) didefinisikan sebagai jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu satu gram air dari 14,5^oC menjadi 15,5^oC. Satuan lain yang sering digunakan adalah kilokalori (kkal), dengan 1 kkal = 1.000 kal. Dengan mengingat kalor adalah energi yang berpindah, maka ada hubungan antara satuan kalor dan satuan energi. Berdasarkan percobaan, diperoleh 1 kalori = 4,2 joule atau 1 joule = 0,24 kalori. Perlu diketahui, satuan kalor dalam sistem SI adalah joule (J).

Hubungan antara Kalor dan Perubahan Suhu

Secara alamiah kalor selalu mengalir dari benda yang bersuhu lebih tinggi ke benda yang bersuhu lebih rendah. Perpindahan kalor sering diikuti oleh kenaikan suhu benda. Apabila terjadi kenaikan suhu, jumlah kalor yang diterima oleh benda selalu  sebanding dengan kenaikan suhu benda itu. Untuk membuktikannya, kalian dapat melakukan Kegiatan 2 di bawah ini.

Kegiatan 2. Hubungan antara Kalor dan Perubahan Suhu

 

Alat dan Bahan

Gelas kimia, termometer skala Celsius, statif, pembakar spiritus, kaki tiga, kawat kasa, dan air 50 mL

Prosedur Percobaan

1. Tuangkan air ke dalam gelas kimia dan catatlah suhunya. Selanjutnya, letakkan gelas kimia di atas kaki tiga dengan menggunakan alas kawat kasa.
2. Pasang termometer pada statif dan masukkan termometer ke dalam air.
3. Panaskan air dengan menggunakan pembakar spiritus.
4. Amati suhunya untuk setiap selang waktu 1 menit. Tulislah hasil pengamatan kalian pada Tabel Pengamatan.

Tabel Pengamatan

Waktu (menit)	Suhu (oC)
0	28
1	30
2	33
3	…
4	…
5	…
6	…

5. Apakah kesimpulan kalian?

Berdasarkan Kegiatan 2 dapat disimpulkan bahwa semakin lama waktu pemanasan kenaikan suhu air semakin besar. Pemanasan yang semakin lama menunjukkan bahwa jumlah kalor yang diterima zat (air) juga semakin besar. Jadi, jumlah kalor yang diterima zat sebanding dengan perubahan suhunya. Artinya, apabila kalor yang diterima semakin besar perubahan suhunya juga semakin besar.

Hubungan antara Kalor dan Massa Zat

Bagaimanakah hubungan antara kalor dan massa zat? Untuk menjawab pertanyaan ini, kalian dapat melakukan Kegiatan 2 di atas, tetapi dengan massa air yang berbeda. Misalnya, menggunakan air sebanyak 50 mL dan 100 mL. Apabila masing-masing air dipanaskan dengan pemanas yang sama, air manakah yang mencapai suhu 40^oC terlebih dahulu? Benar. Air sebanyak 50 mL membutuhkan waktu yang lebih singkat untuk mencapai suhu 40^oC. Artinya, air sebanyak 100 mL membutuhkan waktu yang lebih lama untuk mencapai suhu 40^oC. Pemanasan yang semakin lama menunjukkan jumlah kalor yang diterima air juga semakin banyak. Sebaliknya, pemanasan yang lebih singkat menunjukkan jumlah kalor yang diterima juga semakin sedikit. Jadi, jumlah kalor sebanding dengan massa benda. Semakin besar massa benda, semakin besar pula jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu benda benda itu. Semakin besar massa benda, semakin besar pula jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu benda. Semakin kecil massa benda, semakin kecil pula jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu benda itu.

Hubungan antara Kalor dan Jenis Zat

Waktu yang dibutuhkan berbagai jenis zat untuk menaikkan suhu yang sama ternyata berbeda-beda. Apabila air 20 mL dan minyak goreng 20 mL yang mula-mula bersuhu 25^oC dipanaskan dengan alat pemanas yang sama, minyak goreng akan lebih cepat mencapai suhu 40^oC daripada air. Untuk membuktikannya, kalian dapat melakukan Kegiatan 3 di bawah ini.

Kegiatan 3. Hubungan antara Kalor dan Jenis Zat

 

Alat dan Bahan

Gelas kimia (2 buah), termometer skala Celsius (2 buah), statif (2 buah), pembakar spiritus (2 buah), kaki tiga (2 buah), kawat kasa (2 buah), serta air dan minyak goreng masing-masing 50 mL

Prosedur Percobaan

1. Tuangkan 50 mL air dan 50 mL minyak goreng masing-masing ke dalam gelas kimia dan catatlah suhunya. Selanjutnya, letakkan gelas kimia di atas kaki tiga dengan menggunakan alas kawat kasa.
2. Pasanglah termometer pada statif dan masukkan termometer ke dalam air. Hal yang sama, lakukanlah untuk minyak goreng.
3. Panaskan masing-masing gelas kimia dengan menggunakan pembakar spiritus yang memiliki kemampuan pembakaran yang sama.
4. Berapakah waktu yang diperlukan setiap zat cair untuk mencapai suhu 40^oC?

Jika Kegiatan 3 dilakukan dengan teliti, ternyata air membutuhkan waktu lebih lama untuk mencapai suhu 40^oC. Artinya, untuk mencapai suhu 40^oC air membutuhkan kalor lebih banyak daripada minyak goreng. Dengan demikian, jumlah kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu zat bergantung pada jenis zat. Perbedaan jumlah kalor ini disebabkan oleh sifat khas yang dimiliki oleh air dan minyak goreng. Dalam fisika, sifat khas ini dinamakan kalor jenis dengan simbol c. Jadi, air dan minyak goreng memiliki kalor jenis yang berbeda.

            Berdasarkan uraian di atas dapat disimpulkan bahwa untuk menaikkan suhu suatu zat bergantung pada tiga faktor, yaitu: perubahan suhu, massa zat, dan kalor jenis. Uraian di atas juga menunjukkan bahwa jumlah kalor (Q) yang diperlukan untuk menaikkan suhu benda sebanding dengan massa benda (m) dan sebanding dengan kenaikan suhu (Dt). Secara matematis, ditulis

                                                                                                (4-5)   

Apakah satuan kalor jenis c? Persamaan (4-5) dapat ditulis menjadi

                                   

sehingga

                                   

Jadi, satuan kalor jenis adalah J/kg ^oC atau J/kg K. Di samping itu, satuan kalor jenis juga dapat dinyatakan dengan kal/g^oC.

            Apakah yang disebut kalor jenis? Kalor jenis adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 kg suatu zat sebesar 1^oC atau 1 K. Pada suhu 15^oC dan tekanan 1 atm, kalor jenis air adalah c = 1 kkkal/kg ^oC = 4.200 J/kg K. Artinya, untuk menaikkan suhu 1 kg air sebesar 1^oC atau 1 K diperlukan kalor sebanyak 1 kkal atau 4.200 J. Tabel 1 menunjukkan kalor jenis beberapa zat. Harga kalor jenis bergantung pada suhu dan tekanan. Akan tetapi, untuk perubahan suhu yang tidak terlalu besar kalor jenis dianggap tetap.

Tabel 1 Kalor Jenis Zat

Zat	Kalor Jenis (J/kg K)
Aluminium Tembaga Kaca Besi atau Baja Timah hitam Marmer Perak Kayu Alkohol (etil) Raksa Es Air Udara	900 390 670 450 130 860 230 1.700 2.400 140 2.100 4.200 1.000

Berdasarkan Tabel 1 tampak bahwa air adalah zat yang kalor jenisnya paling tinggi. Artinya, jika dibandingkan dengan zat lain untuk massa dan kenaikan suhu yang sama, air mampu mengambil kalor yang lebih besar apabila air bersentuhan dengan benda yang suhunya lebih tinggi. Jadi, air merupakan bahan yang baik sekali untuk menyimpan energi panas. Air juga merupakan pendingin yang baik. Itulah sebabnya air dipilih sebagai bahan pendingin radiator mesin mobil. Pada siang hari ketika terik matahari, air dalam danau masih terasa dingin meskipun udara di sekitarnya terasa panas. Hal ini karena kalor jenis air lebih tinggi daripada udara di sekelilingnya, sehingga udara lebih cepat naik suhunya daripada air.

Perubahan Wujud

            Kalor dapat mengubah wujud zat. Kalian tentu masih ingat bahwa zat dapat berwujud padat, cair atau gas. Perubahan wujud zat bergantung pada jumlah kalor yang diterima atau jumlah kalor yang dilepaskan oleh zat yang bersangkutan. Zat padat dapat berubah wujud menjadi zat cair apabila zat itu menerima kalor. Zat cair dapat berubah wujud menjadi gas apabila zat itu menerima kalor. Sebaliknya, gas dapat berubah wujud menjadi zat cair apabila melepaskan kalor. Zat cair dapat berubah wujud menjadi zat padat apabila melepaskan kalor. Sebagai contoh, es (zat padat) berubah wujud menjadi air (zat cair) apabila dipanaskan. Artinya, es menerima kalor. Air (zat cair) berubah wujud menjadi uap (gas) apabila dipanaskan. Artinya, air menerima kalor. Sebaliknya, uap air akan berubah wujud menjadi air apabila didinginkan. Artinya, uap air melepaskan kalor. Air (zat cair) akan berubah wujud menjadi es (zat padat) apabila didinginkan. Artinya, air melepaskan kalor.

Menguap

            Apabila sejumlah air dipanaskan terus-menerus, air akan menguap. Hal ini menunjukkan bahwa menguap memerlukan kalor. Untuk menunjukkan bahwa pada waktu menguap zat memerlukan kalor, kalian dapat memanaskan air dalam bejana dengan menggunakan pembakar spiritus. Setelah pembakar spiritus dinyalakan dan ditunggu beberapa saat, kalian akan melihat uap muncul pada permukaan air.

            Ambillah beberapa tetes spiritus atau alkohol dengan pipet kemudian teteskan pada tangan. Rasakan apa yang terjadi pada kulit yang basah karena spiritus atau alkohol. Apakah kulit kalian terasa dingin? Jika tangan terasa dingin dan jumlah alkohol berkurang, berarti spiritus atau alkohol telah menguap. Mengapa kulit tempat spiritus atau alkohol terasa dingin? Spiritus menguap memerlukan kalor. Kalor yang diperlukan berasal dari tangan. Karena kehilangan kalor untuk proses penguapan spiritus tangan menjadi dingin.

            Bagaimanakah cara mempercepat proses penguapan? Proses penguapan dapat dipercepat dengan beberapa cara, yaitu: memanaskan, memperluas permukaan, mengalirkan udara pada permukaan zat cair, dan mengurangi tekanan pada permukaan zat cair.

(1)   Memanaskan

Seperti telah diuraikan di depan, semakin besar kalor yang diterima oleh suatu zat semakin besar pula gerakan molekul-molekulnya. Dengan memanaskan zat berarti kita telah memberikan tambahan kalor pada zat itu. Dengan demikian, molekul-molekul zat cair menjadi cepat bergerak sehingga semakin cepat pula meninggalkan permukaan zat cair.

(2)   Memperluas Permukaan

Memperluas permukaan zat cair untuk mempercepat proses penguapan sering dilakukan orang. Misalnya, saat mendinginkan tes panas yang akan segera diminum. Teh panas yang ditempatkan dalam piring akan lebih cepat menguap daripada  teh panas dalam gelas. Mengapa demikian? Permukaan piring yang lebih luas menyebabkan molekul-molekul zat cair yang berhubungan dengan udara lebih banyak.Akibatnya, molekul-molekul zat cair yang dapat melepaskan diri ke udara juga semakin banyak. 

(3)   Mengalirkan udara pada permukaan zat cair

Supaya teh panas yang akan diminum cepat dingin, biasanya kita meniupkan udara  pada permukaannya. Pakaian basah yang dijemur akan cepat kering apabila ada angin bertiup. Udara yang bertiup pada permukaan teh panas menyebabkan molekul-molekul teh panas cepat bergerak meninggalkan permukaannya. Angin yang bertiup pada pakaian basah menyebabkan molekul-molekul air lebih mudah meninggalkan pakaian sehingga pakaian menjadi cepat kering.

(4)   Mengurangi tekanan pada permukaan zat cair

Teh panas yang berada dalam gelas terbuka lebih cepat dingin daripada teh panas yang berada dalam gelas tertutup. Mengapa demikian? Tekanan udara pada gelas tertutup lebih besar daripada tekanan udara pada gelas terbuka. Pada tekanan yang lebih besar molekul-molekul air sukar melepaskan diri dari permukaannya. Pada tekanan yang lebih kecil molekul-molekul air mudah melepaskan diri dari permukaannya. Jadi, apabila tekanan pada permukaan zat semakin kecil zat cair itu semakin mudah menguap.

Berdasarkan uraian tentang cara mempercepat proses penguapan dapat disimpulkan bahwa penguapan zat cair dapat terjadi pada sembarang suhu.

Mengembun

Mengembun adalah proses perubahan wujud dari gas menjadi cair. Zat dapat mengembun apabila suhu turun, sedangkan suhu turun terjadi apabila zat itu melepaskan kalor. Ada dua contoh peristiwa mengembun dalam kehidupan sehari-hari. Ketika kalian memasukkan pecahan-pecahan es ke dalam gelas, sisi luar gelas mula-mula kering. Akan tetapi, beberapa saat kemudian pada bagian sisi luar gelas terdapat bintik-bintik air. Ketika kalian naik mobil pada saat cuaca cerah, kaca jendela mobil bagian dalam masih kering. Akan tetapi, ketika hujan turun kaca mobil bagian dalam menjadi buram. Apabila kalian menempelkan telapak tangan pada kaca, telapak tangan menjadi basah. Bagimana kedua peristiwa ini dapat dijelaskan?

            Barangkali kita berfikir bahwa es yang mencair mampu menembus gelas sehingga sisi luar gelas  menjadi basah. Demikian pula peristiwa yang terjadi pada kaca mobil ketika hujan: air hujan dapat memasuki kaca melalui pori-pori kaca. Akan tetapi, cara berfikir kita salah. Udara di sekitar kita banyak mengandung uap air. Ketika uap air bersentuhan dengan benda-benda yang lebih dingin (suhunya  rendah), uap air melepaskan kalor. Kalor yang dilepaskan ini diterima oleh uap air di sekitar gelas atau kaca mobil. Ketika uap air melepaskan kalor suhunya turun sehingga uap air berubah menjadi bintik-bintik air.

Mendidih

Mendidih adalah proses perubahan wujud dari zat cair menjadi gas (uap). Mendidih terjadi pada seluruh bagian zat cair. Zat cair dikatakan menguap apabila molekul-molekulnya sebagian meninggalkan permukaan zat cair tersebut. Apabila suhu zat cair dinaikkan, penguapan dapat terjadi di seluruh bagian zat cair. Molekul-molekul zat cair membentuk uap dalam bentuk gelembung-gelembung udara. Gelembung-gelembung ini dapat terjadi di seluruh bagian zat cair.

      Apabila pemanasan dilanjutkan, gelembung-gelembung udara akan naik ke permukaan zat cair dan akhirnya pecah. Apabila hal ini terjadi, zat cair dikatakan mendidih. Jadi, zat cair dikatakan mendidih apabila gelembung-gelembung uap terjadi di seluruh bagian zat cair dan meninggalkan zat cair. Pada saat mendidih suhu zat cair tidak berubah, meskipun kalor diberikan terus-menerus. Untuk membuktikan hal ini, kalian dapat melakukan Kegiatan 4

Kegiatan 4. Mengamati Proses Mendidih

 

Alat dan Bahan

Gelas kimia, termometer skala Celsius, statif, pembakar spiritus, kaki tiga, kawat kasa, dan air 50 mL

Prosedur Percobaan

1. Tuangkan air ke dalam gelas kimia dan catatlah suhunya. Selanjutnya, letakkan gelas kimia di atas kaki tiga dengan menggunakan alas kawat kasa.
2. Pasang termometer pada statif dan masukkan termometer ke dalam air tanpa menyentuh dasar gelas.
3. Panaskan air dengan menggunakan pembakar spiritus. Perhatikan perubahan suhu air dari skala yang ditunjukkan oleh termometer hingga air mendidih.
4. Setelah air mendidih, apakah terjadi perubahan suhu?

Berdasarkan Kegiatan 4 dapat disimpulkan bahwa kenaikan suhu hanya terjadi ketika air mulai dipanaskan sampai air mendidih. Setelah air mendidih, tidak terjadi perubahan suhu. Ketika air sudah mendidih, kalor yang diberikan hanya digunakan untuk mengubah wujud zat: dari zat cair menjadi uap. Suhu zat cair pada saat mendidih dinamakan titik didih.

            Berapakah kalor yang diperlukan untuk mengubah wujud zat dari cair menjadi uap pada titik didihnya? Hasil percobaan menunjukkan bahwa kalor yang diperlukan untuk mengubah wujud zat dari cair menjadi uap pada titik didihnya bergantung pada massa zat dan kalor uap zat yang bersangkutan. Kalor uap merupakan salah satu sifat zat. Kalor uap adalah banyaknya kalor (dengan satuan joule) yang diperlukan untuk menguapkan 1 kg zat pada titik didihnya.  Satuan kalor uap adalah J/kg.

            Untuk menguapkan zat cair dengan massa m pada titik didihnya diperlukan kalor sebanyak

                        Q = mL,                                                                                  (4-6)

dengan L dinamakan kalor uap zat yang bersangkutan. Harga kalor uap untuk beberapa zat disajikan pada Tabel 2.

Tabel 2 Kalor Uap Beberapa Zat

Nama Zat	Titik Didih Normal (oC)	Kalor Uap (J/kg)
Alkohol Raksa Air Timbal Perak Emas Tembaga	78 357 100 1.750 2.193 2.660 1.187	854.000 272.000 2.256.000 871.000 2.336.000 1.578.000 5.069.000

           

Hal yang sama terjadi pada saat zat cair mengembun. Kalor yang dilepaskan uap tidak digunakan untuk menurunkan suhu, tetapi digunakan untuk mengubah wujud zat cair dari uap menjadi cair. Hasil percobaan menunjukkan bahwa kalor yang dilepaskan untuk mengubah wujud zat dari uap menjadi cair pada titik embunnya bergantung pada massa zat dan kalor embun zat yang bersangkutan. Kalor embun merupakan salah satu sifat zat. Kalor embun adalah banyaknya kalor (dengan satuan joule) yang dilepaskan untuk mengembunkan 1 kg zat pada titik embunnya.  Satuan kalor embun adalah J/kg. Setiap zat yang jenisnya sama, besarnya kalor uap sama sama dengan kalor embun dan titik uapnya sama dengan titik didihnya. Oleh karena itu, untuk proses pengembunan tetap berlaku Persamaan (4-5), dengan L menunjukkan kalor embun.

Melebur dan Membeku

            Melebur adalah proses perubahan wujud zat dari padat menjadi cair. Pada saat melebur, zat memerlukan kalor. Sebaliknya, membeku adalah proses perubahan wujud zat dari cair menjadi padat. Pada saat membeku, zat melepaskan kalor. Kedua peristiwa ini dapat dipelajari melalui Kegiatan 5 berikut ini.

Kegiatan 5 Mengamati Proses Melebur dan Membeku

 

Alat dan Bahan

bejana kaca, tabung reaksi, beberapa lilin (parafin), termometer, statif, stopwatch, pembakar spiritus, kawat kasa, kaki tiga, dan air secukupnya.

Prosedur Kegiatan

1. Panaskan sejumlah air dengan bejana kaca sampai air mendidih.
2. Isilah tabung reaksi dengan potongan-potongan lilin dan masukkan ujung bawah tabung reaksi ke dalam air mendidih. Untuk mengukur suhu, masukkan termometer ke dalam tabung reaksi. Bacalah kenaikan suhu lilin setiap menit sampai seluruh lilin mencair.
3. Setelah seluruh lilin mencair, keluarkan tabung reaksi dari bejana kaca dan jepitlah dengan statif.
4. Bacalah penurunan suhu lilin  setiap menit sampai lilin membeku.
5. Untuk proses pemanasan dan pendinginan lilin, buatlah grafik hubungan suhu terhadap waktu.

Berdasarkan Kegiatan 5 dapat disimpulkan bahwa pada proses melebur memerlukan kalor. Selama proses melebur, meskipun kalor diberikan terus-menerus suhu zat tidak berubah. Kalor yang diterima bukan digunakan untuk menaikkan suhu, tetapi digunakan untuk mengubah wujud zat dari padat menjadi cair. Sebaliknya,  pada proses membeku zat melepaskan kalor dan selama proses membeku suhu zat tidak berubah.

            . Jumlah kalor (dengan satuan joule) yang diperlukan untuk meleburkan 1 kg zat pada titik leburnya dinamakan kalor lebur.  Satuan kalor lebur adalah J/kg. Jumlah kalor (dengan satuan joule) yang dilepaskan untuk membekukan 1 kg zat pada titik bekunya dinamakan kalor beku. Setiap zat yang jenisnya sama, besarnya kalor lebur sama dengan kalor beku dan titik leburnya sama dengan titik bekunya. Oleh karena itu, untuk proses melebur tetap berlaku Persamaan (4-6), dengan L menunjukkan kalor lebur. Harga kalor lebur untuk beberapa zat disajikan pada Tabel 4.3.

Tabel 3 Kalor Lebur Beberapa Zat

Nama Zat	Titik Lebur Normal (oC)	Kalor Lebur (J/kg)
Etanol Raksa Air Timbal Perak Emas Tembaga	−114 − 39 0 327 961 1.063 1.083	104.000 12.000 336.000 24.500 88.000 64.000 134.000

Azas Black

            Apa yang terjadi apabila dua zat yang berbeda suhunya dicampur dalam wadah yang terisolasi dari lingkungan sekitarnya? Sebagaimana telah diuraikan di depan, kalor mengalir dari suhu tinggi ke suhu rendah. Artinya, zat yang suhunya tinggi akan melepaskan kalor dan zat yang suhunya rendah akan menerima kalor. Kalor yang dilepaskan oleh zat yang bersuhu tinggi sama dengan kalor yang diterima oleh zat yang bersuhu rendah. Pernyataan ini mula-mula dikemukakan oleh fisikawan Inggris, Joseph Black (1728-1799), sehingga dikenal sebagai asas Black. Secara sederhana, azas Black dapat dirumuskan sebagai berikut:

                        Q_dilepaskan = Q_diterima                                                                   (4-7)

Jadi, apabila dua zat yang berbeda suhunya dicampur kedua zat itu akhirnya akan memiliki suhu yang sama. Untuk memahami penerapan Azas Black, perhatikan contoh soal berikut.

Contoh Soal

Sepotong logam aluminium yang massanya 0,25 kg dipanaskan sampai 100^oC, kemudian dimasukkan ke dalam bejana yang berisi 0,2 kg air dengan suhu 25^oC. Apabila pertukaran kalor hanya terjadi antara aluminium dan air, berapakah suhu akhir yang dapat dicapai? Diketahui, kalor jenis aluminium 900 J/kg^oC dan kalor jenis air 4.200 J/kg^oC.

Penyelesaian

Karena suhu aluminium lebih tinggi daripada suhu air, sehingga ketika keduanya dicampur aluminium akan melepaskan kalor dan air akan menerima kalor. Misalnya, suhu akhir yang dapat dicapai adalah t^oC. Dengan demikian, suhu aluminium turun dari 100^oC menjadi t^oC. Sebaliknya, suhu air naik dari  25^oC menjadi t^oC. Perhatikan diagram di bawah ini.

                                                                                   aluminium, 100^oC

                                                                         suhu akhir, t^oC

                                                                       air, 25^oC

Aluminium

Massa                          m₁ = 0,25 kg

Kalor jenis                   c₁ = 900 J/kg^oC

Perubahan suhu           ∆t₁ = (100 – t)^oC

Aluminium melepaskan kalor :

Air

Massa                          m₂ = 0,2 kg

Kalor jenis                   c₂ = 4.200 J/kg^oC

Perubahan suhu           ∆t₂ = (t –25)^oC

Air menerima kalor                 :

Berdasarkan Asas Black, Q_lepas = Q_terima. Jadi,

                       

Jadi, suhu akhir yang dapat dicapai adalah 40,8^oC.

Ø  Suhu merupakan suatu besaran yang menunjukkan ukuran derajat panas atau dinginnya suatu benda.

Ø  Alat untuk mengukur suhu dinamakan termometer.

Ø  Hubungan antara skala suhu termometer Fahrenheit dan Celsius adalah

                                     atau                                   

Ø  Hubungan antara skala suhu termometer Kelvin dan Celsius adalah

                        atau 

Ø  Kalor adalah energi yang berpindah dari satu benda ke benda lain karena adanya perbedaan suhu.

Ø  Satuan kalor adalah kalori. Satu kalori (1 kal) didefinisikan sebagai jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu satu gram air dari 14,5^oC menjadi 15,5^oC.

Ø  Jumlah kalor (Q)  yang diperlukan untuk menaikkan suhu benda sebanding dengan massa benda (m) dan sebanding dengan kenaikan suhu (Dt). Secara matematis,

                       

Ø  Kalor jenis adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 kg suatu zat sebesar 1^oC atau 1 K. Satuan kalor jenis adalah J/kg ^oC atau J/kg K.

Ø  Proses penguapan dapat dipercepat dengan beberapa cara, yaitu: memanaskan, memperluas permukaan, mengalirkan udara pada permukaan zat cair, dan mengurangi tekanan pada permukaan zat cair.

Ø  Kalor uap adalah banyaknya kalor (dengan satuan joule) yang diperlukan untuk menguapkan 1 kg zat pada titik didihnya.  Satuan kalor uap adalah J/kg. Untuk menguapkan zat cair dengan massa m pada titik didihnya diperlukan kalor sebanyak  Q = mL, dengan L dinamakan kalor uap.

Ø  Kalor yang dilepaskan oleh zat yang bersuhu tinggi sama dengan kalor yang diterima oleh zat yang bersuhu rendah. Pernyataan ini dikenal sebagai asas Black.

SUMBER: http:staff uny.ac.id

Testimoni SM-3T

Berbagi Cerita

Fotografer : Sandy

Sebetulnya foto ini mau dikirim buat lomba testimoni, tapi terlambat saya share aja di blog untuk berbagi cerita. Foto ini diambil pada tanggal 4 Juni 2014 bertepatan dengan kunjungan Dikti di SDN Bak Sukon. Sekilas menggambarkan sekolah yang kokoh, di depannya terlihat anak didik saya yang cantik dan tampan. Namun dari wajah nan cantik dan tampan ada kegelisahan mereka. Mereka  menanti guru yang senantiasa ada untuk mereka. Guru SM-3T menjadi anugrah bagi mereka, adanya guru SM-3T mereka mengenal tanah airnya. Saat saya mengajarkan IPS di kelas 5 saya membawa peta Indonesia. Pada apersepsi saya menanyakan dimana kalian tinggal sekarang? serentak menjawab Aceh. Saya membuka peta Indonesia dan melihatkan anak-anak. Tak ada satupun di kelas yang bisa menunjukkan. Kemudian saya menunjukkan dimana mereka sekarang berada. Mereka heran ternyata ada di ujung pulau Sumatra. Ya inilah satu sekolah dasar di Aceh Besar yang tertinggal. Bukan tertinggal bangunan sekolahnya tetapi tertinggal dalam ilmu pengetahuan.  Disitulah peran guru SM-3T yang harus memberikan dedikasinya untuk mendidik anak-anak yang berada di daerah tertinggal. Semoga tidak ada lagi anak Indonesia yang tertinggal. 

(Siti Kumaeroh, SM-3T angkatan 3)

Sistem Pernapasan

SISTEM PERNAFASAN PADA MANUSIA

      Alat pernapasan manusia terdiri dari hidung, faring, pangkal batang tenggorokan (laring), batang tenggorok (trakea), cabang batang tenggorokan (bronkus), dan paru-paru (pulmo).

a. Hidung

      Hidung merupakan muara keluar-masuknya udara pernapasan. Hidung merupakan organ pernapasan yang letaknya paling luar. Manusia menghirup udara melalui hidung. Pada permukaan rongga hidung terdapat rambut-rambut halus dan selaput lendir yang berfungsi menyaring udara yang masuk dari debu atau benda lainnya. Udara bebas tidak hanya mengandung oksigen saja, namun juga gas-gas yang lain. Misalnya, karbon dioksida (CO2), belerang (S), dan nitrogen (N2). Gas-gas tersebut ikut terhirup, namun hanya oksigen saja yang dapat berikatan dengan darah. Selain sebagai organ pernapasan, hidung juga merupakan indra pembau yang sangat sensitif. Dengan kemampuan tersebut, manusia dapat terhindar dari menghirup gas-gas yang beracun atau berbau busuk yang mungkin mengandung bakteri dan bahan penyakit lainnya. Dari rongga hidung, udara selanjutnya akan mengalir ke tenggorokan.

Di dalam hidung, udara mengalami beberapa perlakuan sebagai berikut.

1) Udara yang masuk ke hidung akan disaring dulu oleh rambut hidung, sehingga debu dan partikel kotoran tidak masuk ke dalam paru-paru.

2) Udara dihangatkan oleh kapiler darah yang ada di dalam hidung, sehingga suhunya sesuai dengan suhu tubuh.

3) Udara dilembapkan oleh lapisan lendir yang ada di dalam rongga hidung.

b. Faring

Faring merupakan saluran sepanjang 12,5–13 cm sebagai kelanjutan dari saluran hidung yang meneruskan udara ke laring. Faring terletak di antara saluran pernapasan dan saluran pencernaan.

c. Pangkal tenggorokan (laring)

Setelah melewati hidung, udara masuk menuju pangkal tenggorokan (laring) melalui faring. Faring terletak di hulu tenggorokan dan merupakan persimpangan antara rongga mulut ke kerongkongan dan rongga hidung ke tenggorokan. Setelah melalui laring, udara selanjutnya menuju ke batang tenggorokan (trakea). Pada batang tenggorokan ini terdapat suatu katup epiglotis. Katup ini bekerja dengan cara membuka jika bernapas atau berbicara dan menutup pada saat menelan makanan. Adanya katup tersebut, udara akan masuk ke paru-paru dan makanan akan menuju lambung. Kita jangan makan sambil berbicara, hal tersebut dapat mengakibatkan makanan masuk ke paru paru dan tenggorokan. Oleh karenanya, hindarilah makan sambil berbicara.

Pada laring orang dewasa terdapat jakun. Satu tulang rawan pada laring dapat digerakkan oleh otot-otot laring sehingga dapat menutup dan membuka, menegakkan, dan melemaskan pita suara. Pita suara pada wanita lebih pendek dibandingkan dengan pada laki-laki, sehingga suaranya akan lebih tinggi dibandingkan laki-laki.

d. Batang tenggorok (trakea)

Batang teggorok merupakan saluran berongga dengan dinding dari cincin-cincin tulang rawan. Pada trakea terdapat otot polos untuk menjaga agar bronkus tidak mengempis saat bernapas. Trakea juga mengandung lendir dan silia untuk menyaring debu dan bakteri yang masuk bersama udara agar tidak sampai di paru-paru. Asap rokok dan udara dingin dapat mengganggu kerja silia.

e. Cabang batang tenggorok (bronkus)

Cabang batang tenggorok merupakan percabangan trakea menuju paru-paru kiri dan paru-paru kanan. Bronkus bercabang-cabang lagi membentuk bronkiolus. Bronkiolus yang paling ujung disebut bronkiolus respirasi. Pada bronkiolus respirasi terdapat gelembung- gelembung alveolus. Alveolus merupakan tempat terjadinya pertukaran gas antara darah (di dalam pembuluh darah) dengan udara bebas. Oksigen dari udara berdifusi ke dalam darah sedangkan karbon dioksida dan uap air dari darah berdifusi ke udara.

f. Paru-paru (pulmo),

Paru-paru jumlahnya sepasang dan terletak di dalam rongga dada. Antara rongga dada dan rongga perut terdapat suatu pembatas yang disebut diafragma. Pembatas ini bukan sekedar pembatas, tetapi berperan juga dalam proses pernapasan. Paru-paru merupakan tempat terjadinya pertukaran gas yaitu oksigen dan karbon dioksida. Paru-paru kanan terdiri dari tiga gelambir. Sedangkan paru-paru kiri terdiri dari dua gelambir. Paru-paru terbungkus oleh selaput rangkap yang disebut pleura. Di antara selaput rangkap ini terdapat cairan yang berfungsi untuk melindungi paru-paru dari gesekan ketika mengembang dan mengempis.

Paru-paru pada dasarnya merupakan cabang-cabang suatu saluran yang ujungnya bergelembung. Gelembung-gelembung tersebut disebut alveoli (tunggal: alveolus). Dalam alveoli inilah sesungguhnya terjadi pertukaran gas-gas. Paru-paru kanan terdiri atas tiga belahan sedangkan paru-paru kiri hanya dua belahan. Paru-paru kanan lebih besar dibandingkan yang kiri. Agar lebih jelas, perhatikan olehmu gambar penampang sistem pernapasan manusia berikut ini.

PROSES PERNAFASAN

Udara yang kamu hirup mengandung oksigen dan juga gas-gas lain. Dari hidung, udara terus masuk ke tenggorokan, kemudian ke dalam paru-paru. Akhirnya, udara akan mengalir sampai ke alveoli yang merupakan ujung dari saluran. Oksigen yang terkandung dalam alveolus bertukar dengan karbon dioksida yang terkandung dalam darah yang ada di pembuluh darah alveolus melalui proses difusi. Dalam darah, oksigen diikat oleh hemoglobin. Selanjutnya darah yang telah mengandung oksigen mengalir ke seluruh tubuh. Tahukah kamu untuk apa darah mengalirkan oksigen ke seluruh tubuh? Oksigen diperlukan untuk proses respirasi sel-sel tubuh. Gas karbon dioksida yang dihasilkan selama proses respirasi sel tubuh akan ditukar dengan oksigen. Selanjutnya, darah mengangkut karbon dioksida untuk dikembalikan ke alveolus paru-paru dan akan dikeluarkan ke udara melalui hidung saat kamu mengeluarkan napas.

 Proses pernapasan meliputi dua proses, yaitu menarik napas atau inspirasi serta mengeluarkan napas atau ekspirasi. Sewaktu menarik napas, otot diafragma berkontraksi, dari posisi melengkung ke atas menjadi lurus. Bersamaan dengan itu, otot-otot tulang rusuk pun berkontraksi. Akibat dari berkontraksinya kedua jenis otot tersebut adalah mengembangnya rongga dada sehingga tekanan dalam rongga dada berkurang dan udara masuk. Saat kamu mengeluarkan napas, otot diafragma dan otot-otot tulang rusuk melemas. Akibatnya, rongga dada mengecil dan tekanan udara di dalam paru-paru naik sehingga udara keluar. Jadi, hal yang perlu kamu ingat, bahwa udara mengalir dari tempat yang bertekanan besar ke tempat yang bertekanan lebih kecil.

JENIS PERNAFASAN

Berdasarkan organ yang terlibat dalam peristiwa inspirasi dan ekspirasi, orang sering menyebut pernapasan dada dan pernapasan perut. Sebenarnya pernapasan dada dan pernapasan perut terjadi secara bersamaan. Untuk lebih jelasnya perhatikan uraian berikut.

a. Pernapasan Dada

Pernapasan dada terjadi karena otot antartulang rusuk berkontraksi sehingga rusuk terangkat dan akibatnya volume rongga dada membesar. Membesarnya rongga dada ini membuat tekanan dalam rongga dada mengecil dan paru-paru mengembang. Pada saat paru-paru mengembang, tekanan udara di luar lebih besar daripada di dalam paruparu, akibatnya udara masuk. Sebaliknya, saat otot antartulang rusuk berelaksasi, tulang rusuk turun. Akibatnya, volume rongga dada mengecil sehingga tekanan di dalamnya pun naik. Pada keadaan ini paru-paru mengempis sehingga udara keluar.

b. Pernapasan Perut

Pernapasan ini terjadi karena gerakan diafragma. Jika otot diafragma berkontraksi, rongga dada akan membesar dan paru-paru mengembang. Akibatnya, udara akan masuk ke dalam paru-paru. Saat otot diafragma relaksasi, diafragma kembali ke keadaan semula. Saat itu, rongga dada akan menyempit, mendorong paru-paru sehingga mengempis. Selanjutnya, udara dari paru-paru akan keluar.

2. Kapasitas Paru-paru

Udara yang masuk dan keluar saat berlangsungnya proses pernapasan biasa dinamakan udara pernapasan atau volume udara tidal. Volume udara tidal orang dewasa pada pernapasan biasa kira-kira 500 mL. Jika kamu menarik napas dalam-dalam maka volume udara yang dapat kita tarik mencapai 1500 mL. Udara ini dinamakan udara komplementer. Jika kamu mengembuskan napas sekuat-kuatnya, volume udara yang dapat diembuskan juga sekitar 1500 mL. Udara ini dinamakan udara suplementer. Meskipun kamu telah mengeluarkan napas sekuatkuatnya, tetapi masih ada sisa udara dalam paru-paru yang volumenya kira-kira 1500 mL. Udara sisa ini dinamakan udara residu. Sekarang, kamu dapat menghitung kapasitas vital paru-paru. Kapasitas vital paru-paru adalah jumlah dari volume udara tidal, volume udara komplementer, dan volume udara suplementer. Selain itu, kamu juga dapat menghitung kapasitas total paru-paru yang merupakan jumlah dari kapasitas vital paru-paru dan udara residu.

Contoh Percobaan untuk mengetahui kapasitas paru-paru

3. Kelainan pada Sistem Pernapasan

Alat-alat pernapasan dapat mengalami gangguan karena penyakit atau kelainan. Beberapa gangguan yang sering terjadi pada saluran pernapasan manusia adalah sebagai berikut

a. Bronkitis, adalah peradangan bronkus atau bronkiolus. Bronkitis disebabkan oleh infeksi mikroorganisme setelah salesma atau influenza. Peradangan meningkatkan produksi lendir yang berlebihan sehingga menimbulkan dahak. Dahak merangsang terjadinya batuk untuk mengeluarkannya. Asap rokok dan debu dapat merusak bronkus dan memudahkan terjadinya bronkitis.

b. Asma, merupakan reaksi saluran pernapasan terhadap rangsangan pada otot polos di bronkus atau bronkiolus. Asma juga sering disertai produksi lendir yang berlebihan dan radang. Jalan napas menjadi sesak dan membuat bunyi “mengi” (wheezing). Hal ini karena penderita berusaha bernapas sedalam-dalamnya, sehingga menggetarkan lendir pada bronkus yang menyempit. Penyebab asma dapat berupa debu, serbuk sari, jamur, dan partikel lain yang terbawa udara. Asma juga dapat disebabkan oleh makanan dan infeksi saluran pernapasan.

c. Selesma, disebabkan oleh virus yang menginfeksi saluran pernapasan. Masa inkubasi antara 1 – 3 hari yang ditandai dengan gejala berupa lesu, sakit di tenggorokan, dan suhu tubuh tidak normal. Pada awalnya lendir pilek yang dihasilkan cair, kemudian menjadi kental kehijauan. Penularan lewat udara dan kontak langsung dengan hidung.

d. Influenza atau flu, disebabkan oleh virus. Masa inkubasinya 2 hari dengan gejala demam, pegal linu, lesu, dan batuk pilek. Bila tidak ada komplikasi biasanya sembuh dalam 3 – 5 hari.

e. TBC paru-paru, ditimbulkan oleh bakteri Mycobacterium tuberculosa. Penyakit ini menular lewat udara dan merusak jaringan paru-paru sehingga menjadi berongga. TBC juga dapat diakibatkan oleh gizi yang buruk, usia tua, dan tempat yang kotor. Umumnya penderita TBC mempunyai tingkat ekonomi yang rendah. Gejala penyakit berupa berat badan turun drastis, batuk berdahak sampai berdarah, sesak napas, dan berkeringat pada malam hari.

f. Emfisema, merupakan penyakit pada paru-paru. Paruparu mengalami pembengkakan karena pembuluh darahnya kemasukan udara.

g. Kanker Paru-paru Penyakit ini merupakan salah satu yang paling berbahaya. Sel-sel kanker pada paru-paru terus tumbuh tidak terkendali. Penyakit ini lamakelamaan dapat menyerang seluruh tubuh. Salah satu pemicu kanker paru-paru adalah kebiasaan merokok. Merokok dapat memicu terjadinya kanker paru-paru dan kerusakan paru-paru.

h. Pneumonia, adalah proses infeksi akut yang mengenai jaringan paru-paru (alveoli). Terjadinya pnemonia pada anak seringkali bersamaan dengan proses infeksi akut pada bronkus (biasa disebut bronchopneumonia). Gejala penyakit ini berupa napas cepat dan napas sesak, karena paru meradang secara mendadak. Batas napas cepat adalah frekuensi pernapasan sebanyak 50 kali per menit atau lebih pada anak usia 2 bulan sampai kurang dari 1 tahun, dan 40 kali permenit atau lebih pada anak usia 1 tahun sampai kurang dari 5 tahun. Pada anak dibawah usia 2 bulan, tidak dikenal diagnosis pnemonia. Kepada penderita yang penyakitnya tidak terlalu berat, bisa diberikan antibiotik per-oral (lewat mulut) dan tetap tinggal di rumah. Penderita yang lebih tua dan penderita dengan sesak nafas atau dengan penyakit jantung atau paru-paru lainnya, harus dirawat dan antibiotik diberikan melalui infus. Mungkin perlu diberikan oksigen tambahan, cairan intravena dan alat bantu nafas mekanik. Kebanyakan penderita akan memberikan respon terhadap pengobatan dan keadaannya membaik dalam waktu 2 minggu.

i. Asfiksi, Asfiksi adalah gangguan dalam pengangkutan jaringan toksigen ke jaringan yang disebabkan oleh terganggunya fungsi paru-paru, pembuluh darah, atau jaringan tubuh. Asfiksi disebabkan oleh: tenggelam (akibat alveolus terisi air), pneumonia (akibatnya alveolus terisi cairan lendir dan cairan limfa), keracunan CO dan HCN, atau gangguan sitem sitokrom (enzim pernapasan).

Sumber: Karim, Saeful, dkk. BSE Belajar IPA Membuka Cakrawala Alam Sekitar untuk kelas VIII SMP/ MTS. 2008. Jakarta: Depdiknas

Irianto, Sugeng, Yulianto dan Wasis. BSE Ilmu Pengetahuan Alam SMP/MTS Kelas VIII. 2008. Jakarta: Depdiknas