IPA 1_Sasni Baita_Modul Bahan Ajar

UNIVERSITAS PENDIDIKAN INDONESIA PENDIDIKAN PROFESI GURU DALAM JABATAN PROGRAM STUDI ILMU PENGETAHUAN ALAM 2020 MODUL PEMBELAJARAN ILMU PENGETAHUAN ALAM KALOR DAN PERPINDAHANNYA

MODUL PEMBELAJARAN ILMU PENGETAHUAN ALAM KALOR DAN PERPINDAHANNYA DISUSUN SEBAGAI TUGAS AKHIR MODUL 110-097 ILMU PENGETAHUAN ALAM PENGEMBANGAN PERANGKAT PEMBELAJARAN “Bahan Ajar” Oleh : SASNI BAITA 20260309710003 UNIVERSITAS PENDIDIKAN INDONESIA PENDIDIKAN PROFESI GURU DALAM JABATAN PROGRAM STUDI ILMU PENGETAHUAN ALAM 2020

KALOR DAN PERPINDAHANNYA KALOR DAN PERPINDAHANNYA DAFTAR ISI Halaman Judul............................................................................................................ i Daftar Isi..................................................................................................................... ii I. PENDAHULUAN ......................................................................................... 1 1.1. Deskripsi Singkat ............................................................................................ 1 1.2. Relevansi......................................................................................................... 1 1.3. Petunjuk Belajar.............................................................................................. 2 II. INTI ........................................................................................................... 3 1.1. Capaian Pembelajaran .................................................................................... 3 1.2. Sub Capaian Pembelajaran ............................................................................. 3 1.3. Uraian Materi.................................................................................................. 3 4 Kalor dan Perpindahannya.............................................................................. 4 A. Pengertian Kalor ....................................................................................... 6 8 1. Kalor dan Perubahan Suhu Benda ....................................................... 13 2. Kalor dan Perubahan Wujud Benda..................................................... 13 B. Perpindahan Kalor .................................................................................... 17 1. Konduksi ............................................................................................. 19 2. Konveksi.............................................................................................. 23 3. Radiasi................................................................................................. Mekanisme Pengaturan Suhu Tubuh Manusia................................................ DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................ 29 ii

KALOR DAN PERPINDAHANNYA 1. PENDAHULUAN 1.1. Deskripsi Singkat Modul kalor dan perpindahannya ini merupakan modul mata pelajaran IPA kelas 7 semester satu sebagai tugas pembuatan bahan ajar PPG dalam jabatan tahun 2020 Universitas Pendidikan Indonesia. Modul ini dirancang untuk memperkuat kompetensi siswa dari sisi pengetahuan, keterampilan, dan sikap secara utuh. Proses pencapaiannya dirancang melalui proses pembelajaran kalor dan perpindahannya dengan didukung berbagai jenis media terkait yang menunjang sebagai suatu kesatuan yang saling mendukung pencapaian kompetensi tersebut. Materi kalor dan perpindahannya masih perlu disajikan sebagai suatu kesatuan dalam mata pelajaran IPA untuk memberikan wawasan yang utuh bagi siswa tentang prinsip-prinsip dasar yang mengatur alam semesta beserta segenap isinya. Modul ini berisi semua materi tentang kalor dan perpindahannya yang disusun mengacu pada pembelajaran IPA secara terpadu dan utuh, sehingga setiap pengetahuan yang diajarkan pembelajarannya harus dilanjutkan sampai membuat siswa terampil dalam menyajikan pengetahuan yang dikuasainya, dan bersikap sebagai makhluk yang mensyukuri anugerah alam semesta yang dikaruniakan kepadanya melalui pemanfaatan yang bertanggung jawab. Modul ini menjabarkan usaha minimal yang harus dilakukan siswa untuk mencapai kompetensi yang diharapkan. Sesuai dengan pendekatan yang digunakan dalam pembelajaran. Siswa didorong untuk mencari sumber belajar lain yang tersedia dan terbentang luas di sekitarnya. Peran guru sangat penting untuk membimbing dan memfasilitasi siswa untuk belajar IPA termasuk meningkatkan dan menyesuaikan daya serap siswa dengan ketersediaan kegiatan pada modul ini. Guru dapat memperkayanya dengan kreasi dalam bentuk kegiatan- kegiatan lain yang sesuai dan relevan yang bersumber dari lingkungan sosial dan alam. 1.2. Relevansi Modul kalor dan perpindahannya ini disusun dengan pemikiran di atas bidang ilmu Fisika. Materi ini sedikit sulit dipelajari karena bersifat abstrak yang dapat 1

KALOR DAN PERPINDAHANNYA menimbulkan berbagai pemikiran berbeda bagi siswa. Kalor dalam kehidupan sehari- hari disebut dengan panas. Energi panas yang berpindah dari benda yang bersuhu lebih tinggi ke benda yang bersuhu lebih rendah disebut kalor. Sebagai bentuk energi, dalam SI kalor mempunyai satuan joule (J). Satuan kalor yang popular (sering digunakan pada bidang gizi) adalah kalori dan kilokalori. Terjadinya perubahan wujud sering diamati dalam kehidupan sehari-hari. Contoh yang sering kamu jumpai, yaitu pada air mendidih kelihatan gelembung- gelembung uap air yang menunjukkan adanya perubahan wujud dari air menjadi uap. Untuk mendidihkan air, diperlukan kalor. Jadi, untuk mengubah wujud zat cair menjadi gas diperlukan kalor. Mata pelajaran IPA sangat strategis untuk dikembangkan menghadapi tantangan perkembangan teknologi dunia masa depan, maka penyusunan modul ini juga berkaitan erat dengan pengenalan materi teknologi kepada siswa menuju abad 21. Materi IPA pada Kurikulum 2013 ini telah disesuaikan dengan tuntutan penguasaan materi IPA relevan bersumber dari sumder daya alam dan lingkungan. 1.3. Petunjuk Belajar Sebelum siswa menggunakan modul ini, siswa perlu membaca bagian petunjuk ini. Mengapa diperlukan? Ibarat kamu sedang berlibur di tempat wisata, kamu tentunya ingin memanfaatkan fasilitas yang ada di tempat wisata tersebut bukan? Tentunya, agar tujuan tersebut tercapai kamu akan membaca peta dimana fasilitas itu berada. Begitu juga dengan modul ini. Jika kamu ingin memperoleh manfaat yang maksimal dari modul ini tentu merupakan tindakan yang baik jika kamu benar-benar memperhatikan dan memahami bagian petunjuk penggunaan modul ini. Fitur ayo kita lakukan ini berisi percobaan yang akan kalian lakukan . Fitur ayo kita latihan berisi soal-soal yang akan dikerjakan. Fitur rangkuman ini berisi ringkasan materi dari bab yang telah dipelajari. Fitur ayo kita latihan dan Uji Kompetensi ini berisi soal-soal untuk mengevaluasi pemahaman dan penerapan konsep dalam satu bab yang telah dipelajari. Selamat mempelajari! 2

KALOR DAN PERPINDAHANNYA 2. INTI 2.1. Capaian Pembelajaran Mampu menguasai teori dan aplikasi materi pelajaran IPA tentang Kalor dan Perpindahannya. Yang mencakup (1) Pengertian Kalor, (2) Kalor dan Perubahan Suhu Benda, (3) Kalor pada Perubahan Wujud Benda, (4) Perpindahan Kalor (Konduksi, Konveksi,dan Radiasi) 2.2. Sub Capaian Pembelajaran 1. Menganalisis konsep suhu, pemuaian, kalor, perpindahan kalor, dan penerapannya dalam kehidupan sehari-hari termasuk mekanisme menjaga kestabilan suhu tubuh pada manusia dan hewan. 2. Melakukan percobaan untuk menyelidiki pengaruh kalor terhadap suhu dan wujud benda serta perpindahan kalor 2.3. Uraian Materi Terdiri dari PERPINDAHAN KALOR PENGERTIAN KALOR Terdiri dari 3 Jenis Terdiri dari Konduksi Konveksi Radiasi Kalor dan Perubahan Kalor dan Perubahan Suhu Benda Wujud Benda 3

KALOR DAN PERPINDAHANNYA KALOR DAN PERPINDAHANNYA Kamu tentunya pernah membantu Ibu atau Bapakmu memasak didapur. Pada saat memasak, kamu menggunakan energi panas api untuk menaikkan suhu air atau minyak. Dalam bab ini, kamu akan belajar bagaimana perubahan pada benda akibat perubahan energi panas pada benda itu. Untuk itu, coba kita membandingkan energi panas yang dikandung benda melalui kegiatan berikut ini. AYO KITA LAKUKAN Membandingkan Energi Panas Benda Misalnya kamu memiliki segelas air dan seember air. Suhu keduanya sama, misalnya 50ºC. Apakah energi panas yang dikandung air di dalam gelas tersebut sama dengan energi panas yang dikandung air di dalam ember? 1. Ambillah air 100 gram (100 mL), letakkan di dalam gelas beker, ukur suhunya. 2. Panaskan air itu dengan bantuan pembakar spiritus, ukur waktu yang diperlukan untuk mencapai suhu 60ºC. 3. Ulangi langkah 1 dan 2, untuk air 200 gram (200 mL) dengan pembakar spiritus yang sama. Menalar dan Mengkomunikasikan Kenaikan suhu air berasal dari energy Petunjuk keselamatan kerja panas pembakar spiritus yang menyala. Hati Hati dengan api dan air Berdasarkan data pengamatanmu, buatlah keterkaitan antara massa dan suhu benda panas dengan banyaknya energi panas yang dikandung oleh suatu benda. Sumber: www. idsurvivol.com; www.idsurvival.com Gambar 2.1. Kayu yang terbakar menghasilkan energI panas. Apa pengaruhnya terhadap air di panic itu? A. Pengertian Kalor Suhu menyatakan tingkat panas benda. Benda memiliki tingkat panas tertentu karena di dalam benda terkandung energi panas.Seperti telah kamu lakukan dalam kegiatan penyelidikan tersebut bahwa segelas air dan seember air yang bersuhu sama memilikienergi panas yang berbeda. Untuk menaikkan suhu 200 g air, memerlukan energi panas yang lebih besar daripada 100 g air. Pada suhu yang sama, zat yang massanya lebih besar mempunyai energi panas yang lebih besar pula. 4

KALOR DAN PERPINDAHANNYA Gambar 2.2 Kalor berpindah dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah Sumber: Dok. Kemdikbud Energi panas yang berpindah dari benda yang bersuhu lebih tinggi ke benda yang bersuhu lebih rendah disebut kalor. Apakah satuan kalor? Sebagai bentuk energi, dalam SI kalor mempunyai satuan joule (J). Satuan kalor yang popular (sering digunakan pada bidang gizi) adalah kalori dan kilokalori. SATU KALORI ADALAH JUMLAH ENERGI PANAS YANG DIBUTUHKAN UNTUK MENAIKKAN SUHU 1 GRAM AIR HINGGA NAIK SEBESAR 1OC SATU KALORI SAMA DENGAN 4,184 J, SERING DIBULATKAN MENJADI 4,2 J Tubuh kamu mengubah sebagian makanan menjadi energi panas. Perhatikan Gambar 4.3. Energi panas yang disediakan oleh makanan diukur dalam kilokalori, sering disingkat kkal atau Kal (dengan K huruf kapital). Satu Kal makanan sama dengan 1.000 kalori. Kita menggunakan kilokalori untuk makanan, karena kalori Sumber: Kemdikbud terlalu kecil untuk dipakai mengukur energi pada makanan yang dimakan (agar bilangan yang Gambar 2.3 Pada saat makan, kamu dikomunikasikan tidak terlalu besar). mendapatkan asupan energi kimia yang dapat diubah menjadi energi panas. Zat gizi makanan mengandung energi kimia yang dapat diubah menjadi energi panas atau energi bentuk lain. Sebagian energi ini digunakan untuk mempertahankan suhu tubuh. Saat kamu sedang kedinginan, kamu akan menggigil untuk mempercepat metabolisme tubuh 5

KALOR DAN PERPINDAHANNYA sehingga suhu tubuh tetap terjaga. Setiap makanan kemasan harus tercantum kandungan energinya. Kalori Makanan 550 kkal = Joule Gambar 2.4 Produsen makanan kemasan diharuskan mencantumkan kandungan energi yang terdapat pada makanan itu. Sumber : https://sayaajarkan.com/health/2017/04/03/cara-membaca-tabel-nutrisi-dalam-kemasan-92246/ 550 kkal = Joule 1. Kalor dan Perubahan Suhu Benda Pada kegiatan sebelumnya, kamu telah mengamati bahwa air jika diberi panas dari pembakar spiritus yang menyala, ternyata suhunya naik. Secara umum, suhu benda akan naik jika benda itu mendapatkan kalor. Sebaliknya, suhu benda akan turun jika kalor dilepaskan dari benda itu. Air panas jika dibiarkan lama-kelamaan akan mendingin mendekati suhu ruang. Hal ini menunjukkan bahwa Sebagian kalor dilepaskan benda tersebut ke lingkungan. Telah kamu ketahui pula bahwa kenaikan suhu oleh kalor dipengaruhi massa benda. Untuk menaikkan suhu yang sama, air bermassa 200 g memerlukan kalor yang lebih besar daripada air bermassa 100 g. Apakah yang memengaruhi kenaikan suhu hanya jumlah kalor dan massa benda saja? Untuk memahami hal ini, lakukanlah kegiatan berikut. 6

KALOR DAN PERPINDAHANNYA AYO KITA LAKUKAN Mengamati dan Menalar Selain jumlah kalor, apa yang memengaruhi kenaikan suhu benda? 1. Siapkan 200 g minyak kelapa dan 200 g air. 2. Ukur suhu mula-mula minyak kelapa. Kemudian, panaskan dan ukur waktu yang diperlukan untuk mencapai 60 oC. 3. Ulangi langkah 2, untuk 200 g air dengan pembakar spiritus yang sama. Berdasarkan data pengamatanmu, jawab permasalahan dalam penyelidikan ini. Kegiatan kamu menunjukkan bahwa kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu benda hingga suhu tertentu dipengaruhi juga oleh jenis benda. Besaran yang digunakan untuk menunjukkan hal ini adalah kalor jenis. Ingat kembali, bahwa perubahan suhu pada skala Celcius sama dengan perubahan suhu pada skala Kelvin. Tabel 4.1 menunjukkan kalor jenis beberapa bahan. Kamu dapat mengamati bahwa bahan yang berbeda memiliki kalor jenis yang berbeda pula. Tabel 4.1. Kalor Jenis Beberapa Bahan Bahan Kalor Jenis (J/(Kg.Kj) Air 4.184 Alkohol 2.450 Aluminium 920 Karbon 710 Pasir (Grafit) 664 Besi 450 Tembaga 380 Perak 235 Sumber : https://gurumuda.net/kalor-jenis.htm Dari kegiatan tersebut, kamu dapat menyimpulkan hasilnya sebagai berikut :  KALOR UNTUK MENAIKKAN SUHU BENDA BERGANTUNG PADA JENIS BENDA ITU.  MAKIN BESAR KENAIKAN SUHU BENDA, KALOR YANG DIPERLUKAN MAKIN BESAR PULA.  MAKIN BESAR MASSA BENDA,KALOR YANG DIPERLUKAN UNTUK MENAIKKAN SUHU MAKIN BESAR PULA. 7

KALOR DAN PERPINDAHANNYA Jika simpulanmu ini dirumuskan secara matematis, dapat ditulis seperti berikut : KALOR YANG DIPERLUKAN UNTUK KENAIKAN SUHU = KALOR JENIS X MASSA BENDA X KENAIKAN SUHU Kesimpulan diatas dapat dikembangkan sebagai berikut : Q = C X M X ΔT 2. Kalor Pada Perubahan Wujud Benda Terjadinya perubahan wujud sering diamati dalam kehidupan sehari-hari. Contoh yang sering kamu jumpai, yaitu pada air mendidih kelihatan gelembung- gelembung uap air yang menunjukkan adanya perubahan wujud dari air menjadi uap. Untuk mendidihkan air, diperlukan kalor. Jadi, untuk mengubah wujud zat cair menjadi gas diperlukan kalor. AYO KITA LAKUKAN Contoh Penerapan Berapa kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 500 g air, dari suhu mula- mula 20 oC menjadi 100 oC ? 8

KALOR DAN PERPINDAHANNYA Diskusikan Berilah contoh peristiwa peleburan, pembekuan, penguapan, dan pengembunan. Apakah dalam peristiwa tersebut memerlukan atau melepaskan kalor? Gambar 2.5 Mengapa ada titik-titik air di bagian luar gelas yang berisi es? Jelaskan. Sumber : http://kubarutahu.blogspot.com/2016/02/ken apa-gelas-berisi-air-es-bagian.html Alur Proses Perubahan Wujud Benda Gambar 2.6 Proses perubahan wujud zat Sumber : Dok. Kemdikbud 9

KALOR DAN PERPINDAHANNYA AYO KITA LAKUKAN Lakukanlah langkah-langkah berikut ini : a. Siapkan 7 buah lilin, 2 sendok makan mentega,sendok, pisau, dan korek api. b. Iris bagian bawah lilin kurang lebih 5 cm kemudian letakkan di atas sendok. c. Panaskan 1 irisan lilin di atas sendok menggunakan 2 buah lilin, amati dan catat waktu yang diperlukan dari lilin mulai dipanaskan sampai seluruh irisan lilin mencair. (Kegiatan 1) d. Panaskan 1 irisan lilin di atas sendok menggunakan 4 buah lilin, amati dan catat waktu yang diperlukan dari lilin mulai dipanaskan sampai seluruh irisan lilin mencair. (Kegiatan 2) e. Panaskan satu sendok makan mentega menggunakan 2 buah lilin, amati dan catat waktu yang diperlukan dari mentega mulai dipanaskan sampai seluruh mentega mencair. (Kegiatan 3) f. Panaskan satu sendok makan mentega menggunakan 4 buah lilin, amati dan catat waktu yang diperlukan dari mentega mulai dipanaskan sampai seluruh mentega mencair. (Kegiatan 4) g. Catatlah hasil pengamatanmu pada tabel pengamatan. h. Bandingkan hasil kedua pengamatan tersebut. HATI-HATI DENGAN API SAAT PEMANASAN LILIN DAN MENTEGA Kegiatan Wujud Awal Benda Wujud Akhir Benda Waktu yang diperlukan 1 zat untuk mencair 2 3 4 Berdasarkan kegiatanmu, tampak bahwa saat perubahan wujud tidak terjadi perubahan suhu. Kalor untuk mengubah wujud zat disebut kalor laten. 10

KALOR DAN PERPINDAHANNYA dengan: Q = kalor yang dibutuhkan/dilepas untuk berubah wujud (J) M = massa zat yang berubah wujud (kg) L = kalor lebur atau kalor beku (J/kg) U = kalor penguapan atau kalor pengembunan (J/kg) Contoh Penerapan : Berapakah kalor yang diperlukan untuk meleburkan 5 kg air dalam keadaan beku (es), jika kalor lebur air tersebut 336.000 J/kg? Langkah-langkah Penyelesaian Jadi, es tersebut memerlukan kalor sebesar 1,68 x 106 J agar melebur pada titik leburnya. Grafik perubahan wujud es menjadi uap air 11

KALOR DAN PERPINDAHANNYA 1. Di bawah suhu 0 0C air berbentuk es (padat) dan dengan pemberian kalor suhunya akan naik sampai 0 0C. (a-b) Panas yang diperlukan untuk menaikkan suhu es pada fase ini adalah : Q = m x Ces x Δt 2. Tepat pada suhu 0 0C, es mulai ada yang mencair dan dengan pemberian kalor suhunya tidak akan berubah (b-c). Proses pada b-c disebut proses MELEBUR (perubahan fase dari padat menjadi cair). Panas yang diperlukan untuk proses ini adalah : Q = m . kl Kl : Kalor lebur es 3. Setelah semua es menjadi cair, dengan penambahan kalor suhu air akan naik lagi (c-d). Proses untuk merubah suhu pada fase ini membutuhkan panas sebesar : Q = m . cair .Δt Pada proses c-d waktu yang diperlukan lebih lama daripada proses a-b, karena kalor jenis air (cair) lebih besar daripada kalor jenis es (ces). 4. Setelah suhu air mencapai 100 0C, sebagian air akan berubah menjadi uap air dan dengan pemberian kalor suhunya tidak berubah (d-e). Proses d-e adalah proses MENDIDIH (Perubahan fase cair ke uap). Panas yang dibutuhkan untuk proses tersebut adalah : Q = m . Kd Kd= Kalor didih air Suhu 100 0C disebut TITIK DIDIH AIR. 5. Setelah semua air menjadi uap air, suhu uap air dapat ditingkatkan lagi dengan pemberian panas (e-f) dan besarnya yang dibutuhkan : Q = m . cgas . Δt Proses dari 1 s/d 5 sebenarnya dapat dibalik dari 5 ke 1, hanya saja pada proses dari 5 ke 1 benda harus mengeluarkan panasnya.  Proses 5-4 disebut proses MENGEMBUN (Perubahan fase uap ke cair)  Proses 3-2 disebut MEMBEKU (Perubahan fase dari cair ke padat). Besarnya kalor lebur = kalor beku Pada keadaan tertentu (suhu dan tekanan yang cocok) sesuatu zat dapat langsung berubah fase dari padat ke gas tanpa melewati fase cair. Proses ini disebut sebagai SUBLIMASI. 12

KALOR DAN PERPINDAHANNYA Contoh pada kapur barus, es kering, dll. Pada proses perubahan fase-fase di tas dapat disimpulkan bahwa selama proses, suhu zat tidak berubah karena panas yang diterima/dilepas selama proses berlangsung dipergunakan seluruhnya untuk merubah wujudnya. B. Perpindahan Kalor Kalor berpindah dari benda yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu rendah. Bagaimanakah caranya? Kalor berpindah melalui tiga cara, yaitu konduksi, konveksi, dan radiasi. Berikut akan diuraikan ketiga cara perpindahan kalor tersebut. Coba pahami dengan saksama. 1. Konduksi Saat kamu menyetrika, setrika yang panas bersentuhan dengan kain yang kamu setrika. Kalor berpindah dari setrika ke kain. Perpindahan kalor seperti ini disebut konduksi. Perhatikan mekanisme perpindahan kalor secara konduksi pada Gambar 2.7. 13

KALOR DAN PERPINDAHANNYA Gambar 2.7 Mengapa Panas Setrika sampai kepada baju yang disetrika?? Sumber : https://www.kompasiana.com/dean/54f38dc07455139f2b6c7b27/baju-setrikaan-ibu-akar- kepercayaan-diri-kami KONDUKSI MERUPAKAN PERPINDAHAN PANAS MELALUI BAHAN TANPA DISERTAI PERPINDAHAN PARTIKEL-PARTIKEL BAHAN TERSEBUT. 14

KALOR DAN PERPINDAHANNYA AYO KITA LAKUKAN Langkah Kerja Percobaan perpindahan kalor secara konduksi 1. Siapkan paku Panjang dan paku pendek, stopwatch dan lilin. 2. Nyalakan lilin dengan menggunakan korek api 3. Siapkan stopwatch disamping lilin yang sudah menyala 4. Ambil paku Panjang kemudian bakar ujung dari paku tersebut. Pada saat mulai membakar ujung paku jangan lupa nyalakan stopwatch 5. Perhatikan apa sajakah yang terjadi selama membakar paku Panjang tersebut 6. Catatlah berapa lama waktu yang diperlukan sehingga ujung paku yang dipegang terasa panas. 7. Ulangi percobaan 3-6 dengan menggunakan paku pendek. Catat hasil pengamatanmu!!! Benda yang jenisnya berbeda memiliki kemampuan menghantarkan panas secara konduksi (konduktivitas) yang berbeda pula. Bahan yang mampu menghantarkan panas dengan baik disebut konduktor. Bahan yang menghantarkan panas dengan buruk disebut isolator. Seperti hasil percobaanmu, logam termasuk konduktor. Kayu dan plastik termasuk isolator. Berbagai peralatan rumah tangga yang memanfaatkan sifat konduktivitas bahan, terlihat pada Gambar di bawah ini : Gambar 2.8 Bahan-bahan konduktor dan isolator panas 15

KALOR DAN PERPINDAHANNYA Pada peralatan memasak, bagian yang bersentuhan dengan api menggunakan konduktor yang baik, sedangkan bagian pegangannya menggunakan isolator yang baik. Gambar 2.9 Peralatan rumah tangga yang memanfaatkan sifat konduktivitas bahan Sumber : Dok. Kemdikbud Panas kopi dapat bertahan cukup lama di gelas kaca karena gelas kaca merupakan isolator yang baik. Dapatkah kamu memberikan ide bagaimana agar panas kopi tersebut bertahan lebih lama lagi? Gambar2.10 Mengapa kopi ditempatkan di gelas, tidak di logam? Sumber : Dok. Kemdikbud Saat udara dingin, kamu berselimut di dalamnya. Selimut terbuat dari serat wol atau kapas yang bersifat isolator. Mengapa udara yang terperangkap di dalam selimut dengan kamu di dalamnya membuat badanmu hangat? Gambar 2.11 Mengapa Orang didalam selimut merasa hangat?? Sumber : https://bobo.grid.id/read/081671537/apa-kamu-berselimut-saat-tidur-ini-alasan-kita-suka-pakai- selimut?page=all 16

KALOR DAN PERPINDAHANNYA Jelajah Penguin memiliki lapisan lemak yang tipis di bawah kulit. Lemak menjaga tubuh penguin tetap hangat. Gambar 2.12 Penguin di Kutub Selatan mampu bertahan hidup pada suhu yang sangat dingin. Sumber : Dok. Kemdikbud 2. Konveksi Air merupakan konduktor yang buruk. Namun, ketika air bagian bawah dipanaskan ternyata air bagian atas juga ikut panas. Berarti, ada cara perpindahan panas yang lain pada air tersebut, yaitu konveksi. Saat air bagian bawah mendapatkan kalor dari pemanas, partikel air memuai sehingga menjadi lebih ringan dan bergerak naik dan digantikan dengan partikel air dingin dari bagian atas. Dengan cara ini, panas dari air bagian bawah berpindah bersama aliran air menuju bagian atas. Proses ini disebut konveksi. Pola aliran airmembentuk arus konveksi. Gambar 2.13 Arus konveksi pada air yang dipanaskan KONVEKSI ADALAH PERPINDAHAN KALOR DARI SATU TEMPAT KE TEMPAT LAIN BERSAMA DENGAN GERAK PARTIKEL-PARTIKEL BENDANYA. 17

KALOR DAN PERPINDAHANNYA AYO KITA LAKUKAN Langkah Kerja Percobaan perpindahan kalor secara konveksi 1. Isilah setengah gelas air dengan air kran 2. Diamkan terlebih dahulu hingga air betul-betul tenang 3. Masukkan tusuk sate kedalam botol pewarna makanan. Lalu angkat dan teteskan satu tetes pewarna makanan kedalam gelas. 4. Tunggu sampai semua pewarna makanan turun kedasar gelas. 5. Masukkan satu bongkahan sedang es batu kedalam gelas tadi. 6. Perhatikan apa saja yang terjadi mulai dari sebelum dimasukkan pewarna sampai saat dimasukkan es batu. Catat hasil pengamatanmu…!!! Arus konveksi dapat kamu temui di pantai, berupa angin laut dan angin darat. Gambar 2.14 Bagaimanakah konveksi dapat menimbulkan angin laut dan angin darat?  Siang Hari Daratan lebih cepat panas daripada lautan (kalor jenisnya kecil), udara di atas daratan ikut panas dan bergerak naik, digantikan oleh udara dari lautan. Dengan demikian, terjadilah angin laut.  Malam Hari Daratan lebih cepat mendingin daripada lautan, udara di atas lautan lebih hangat dan bergerak naik, digantikan oleh udara dari daratan. Dengan demikian, terjadilah angin darat. 18

KALOR DAN PERPINDAHANNYA Konveksi dimanfaatkan pada berbagai peralatan. Contohnya adalah sebagai berikut : Gambar 2.15 Konveksi pada Oven dan Pengering Rambut Elemen pemanas oven, pemanggang roti, magic jar, dan lain-lain biasanya terletak di bagian bawah. Saat difungsikan, udara bagian bawah akan menjadi lebih panas dan bergerak naik, sedangkan udara bagian atas yang lebih dingin akan bergerak turun. Pada peralatan tertentu seperti pengering rambut (hair dryer), aliran konveksi dibantu (atau dipaksa) dengan menggunakan kipas. 3. Radiasi Bayangkan saat kamu berjalan di tengah hari yang cerah. Kamu merasakan panasnya matahari pada mukamu. Bagaimana kalor dari matahari dapat sampai ke wajahmu? Bagaimana kalor dapat melalui jarak berjuta-juta kilometer dan melewati ruang hampa? Dalam ruang hampa tidak ada materi yang memindahkan kalor secara konduksi dan konveksi. Jadi, perpindahan kalor dari matahari sampai ke bumi dengan cara lain. Cara tersebut dinamakan radiasi. Gambar 2.16 Kalor berpindah dari matahari hingga ke bumi melalui ruang hampa. Karena tidak ada zat perantara, perpindahan kalor tersebut tidak mungkin secara konduksi atau konveksi. RADIASI ADALAH PERPINDAHAN KALOR TANPA MEMERLUKAN MEDIUM. 19

KALOR DAN PERPINDAHANNYA AYO KITA LAKUKAN Langkah Kerja Percobaan perpindahan kalor secara radiasi 1. Siapkan penggaris dan kompor. Dekatkan tangan kamu pada api dengan jarak 10 cm. 2. Amati yang dirasakan telapak tangan kamu dan catat hasil pada tabel pengamatan. 3. Ulangi langkah 1 sampai 2 dengan jarak 15 cm, 20 cm, dan 25 cm. Data Pengamatan Jarak (cm) Deskirpsi suhu telapak tangan 10 15 20 25 Kamu juga merasakan akibat radiasi kalor saat menghadapkan telapak tanganmu pada bola lampu yang menyala atau saat kamu duduk di dekat api unggun. Udara merupakan konduktor buruk dan udara panas api unggun bergerak ke atas. Namun, kamu yang berada di samping api unggun dapat merasakan panas. Dapatkah kamu memberi contoh lain peristiwa radiasi? Gambar 2.17 Mengapa perpindahan kalor dari api unggun ke orang tersebut yang terbanyak terjadi secara radiasi? 20

KALOR DAN PERPINDAHANNYA Setiap benda dapat memancarkan dan menyerap radiasi kalor, yang besarnya bergantung pada suhu benda dan warna benda. Perhatikan benda-benda yang diletakkan di ruangan bersuhu 30oC. Besar kalor yang dipancarkan atau diserap benda ditunjukkan oleh banyaknya anak panah. Gambar 2.18 Benda yang memiliki kalor memancarkan radiasi panas ke sekitarnya. MAKIN PANAS BENDA DIBANDINGKAN DENGAN PANAS LINGKUNGAN SEKITAR, MAKIN BESAR PULA KALOR YANG DIRADIASIKAN KE LINGKUNGANNYA. Berdasarkan Gambar 2.19, kamu dapat menyimpulkan sebagai berikut. MAKIN LUAS PERMUKAAN BENDA PANAS, MAKIN BESAR PULA KALOR YANG DIRADIASIKAN KE LINGKUNGANNYA. MAKIN RENDAH SUHU BENDA, MAKIN BESAR PULA KALOR YANG DITERIMA DARI LINGKUNGANNYA. MAKIN LUAS PERMUKAAN BENDA DINGIN, MAKIN BESAR PULA KALOR YANG DITERIMA DARI INGKUNGANNYA. Saat kamu menjemur dua kaos basah yang warnanya berbeda, kamu akan mendapatkan bahwa kaos yang berwarna lebih gelap ternyata lebih cepat kering. Amati gambar berikut untuk menyimpulkan pengaruh warna terhadap kalor yang dilepas atau diserap dari lingkungannya. Gambar 2.19 Warna benda menentukan daya pancar radiasi 21

KALOR DAN PERPINDAHANNYA Berdasarkan Gambar 2.20, kamu dapat menyimpulkan sebagai berikut. MAKIN GELAP BENDA YANG TERASA PANAS, MAKIN BESAR PULA KALOR YANG DIRADIASIKAN KE LINGKUNGANNYA. MAKIN GELAP BENDA YANG TERASA DINGIN, MAKIN BESAR PULA KALOR YANG DITERIMA DARI LINGKUNGANNYA. Gambar 2.20 Warna panci dan peralatan masak Gambar 2.21 Kompor surya. Tandai di mana lainnya yang bersentuhan dengan api tidak masakan dimasak. Mengapa permukaan dibuat mengkilap, tetapi kusam. Mengapa? pemantul panas matahari mengkilap? Mengapa melengkung? Gambar 2.22 Permukaan pemanas air yang Gambar 2.23 Baju seragam sekolah umumnya memanfaatkan panas matahari (solar heating) berwarna terang atau putih. Mengapa? berwarna gelap atau hitam. Mengapa? Peristiwa radiasi juga dimanfaatkan oleh hewan seperti contoh berikut. Gambar 2.24 Untuk menghangatkan tubuhnya, hewan berdarah dingin seperti buaya ini memanfaatkan radiasi panas matahari. Kalor dari matahari diserap oleh buaya (dengan cara membuka mulutnya), sehingga suhu tubuhnya naik dan buaya dapat beraktivitas dengan mudah. 22

KALOR DAN PERPINDAHANNYA Bagaimana termos dapat mencegah perpindahan kalor baik secara konduksi, konveksi, maupun radiasi? Gambar 2.25 Termos Mekanisme Pengaturan Suhu Tubuh Manusia • Mengapa Kamu Berkeringat? Sistem tubuh manusia bekerja optimal pada suhu 36,5oC hingga 37,5 o C. Seringkali aktivitas dan lingkungan sekitar memaksa tubuh manusia bereaksi untuk menjaga agar suhu tubuhnya tetap optimal. Pada saat kamu beraktivitas, misalnya berolahraga akan terjadi peningkatan proses perubahan energi kimia makanan menjadi energi gerak. Proses ini menghasilkan panas yang dapat meningkatkan suhu tubuh. Pada saat ini, mekanisme dalam tubuh kamu memberi perintah agar tubuh berkeringat. Pada saat keringat itu menguap, proses penguapan keringat memerlukan kalor. Kalor ini diambil dari kulit tubuhmu, sehingga tubuh kamu yang memanas itu menjadi dingin, dan kembali ke suhu optimal. Pada saat itu, mengapa kamu merasa nyaman jika dikipasi? Saat dikipasi, proses penguapan keringat itu terjadi lebih cepat, sehingga tubuhmu segera kembali ke suhu optimalnya. • Mengapa saat kedinginan kamu cepat merasa lapar? Pada saat kamu kedinginan, kamu akan menggigil. Dengan menggigil, maka tubuhmu bergerak cepat. Gerak tubuh kamu ini memaksa tubuh melakukan metabolisme, membakar energi kimia makanan menjadi energi gerak (dan tentu saja menghasilkan energi panas). Dengan cara ini, suhu tubuh tidak turun. Tentu saja, ada “harga yang harus dibayar”. Pada saat kedinginan, kamu cepat merasa lapar. 23

KALOR DAN PERPINDAHANNYA Diskusikan Kapan biasanya anjing menjulurkan lidahnya? Mengapa anjing melakukan hal itu? Coba jelaskan. Gambar 2.26 Anjing menjulurkan lidahnya Sumber : Dok. Kemdikbud Gambar 2.27 Pembekuan Darah Ketika Mengalami Luka Sumber : Dok. Kemdikbud Jelajah Darah yang mengalir pada tubuh manusia dapat mengalami perubahan wujud. Jika kita terluka, darah akan mengalir. Jika luka tersebut dibiarkan, lama-lama darah akan mengering. Pada saat itu, darah membeku, mengalami perubahan wujud cair menjadi padat. Kemampuan darah untuk membeku sangat bermanfaat bagi manusia karena mencegah terjadinya pengeluaran darah yang banyak dari dalam tubuh. Jika tubuh kekurangan darah maka bisa menimbulkan efek yang fatal (kematian). • Teknologi Pendingin Sederhana Kamu pasti sering melihat di depan bangunan besar seringkali terdapat kolam (kadang-kadang dilengkapi dengan air mancur). Selain untuk keindahan, keberadaan 24

KALOR DAN PERPINDAHANNYA kolam ini dapat membuat lingkungan sekitarnya menjadi sejuk. Mengapa hal ini dapat terjadi? Secara alami, air di kolam itu akan menguap. Untuk menguap diperlukan kalor. Kalor ini diambil dari udara di sekitar kolam, sehingga udara menjadi lebih sejuk dibanding tanpa kolam. Gambar 2.28 Selain untuk keindahan, apa fungsi kolam air di depan bangunan ini? • Teknologi Pendingin Makanan Sederhana Perhatikan gambar alat pendingin makanan di bawah ini. Gambar 2.29 Pendingin makanan tradisional Alat ini terdiri atas dua tempayan, dengan tempayan kecil dapat masuk ke tempayan besar. Pasir diisikan di antara dua tempayan. Selanjutnya, air ditambahkan pada pasir ini hingga pasirnya basah. Makanan (atau air) diletakkan di dalam tempayan kecil yang ditutup kain basah. Saat air di dalam pasir menguap, kalor untuk penguapan ini diambil dari sekitarnya termasuk dari makanan, sehingga makanan menjadi dingin. Dilaporkan suhunya bisa turun hingga 15 oC. Ayo Kita Latihan 1. Jelaskan 3 cara perpindahan kalor. 2. Apakah konduktor itu? Beri 5 contoh konduktor. 3. Apakah isolator itu? Beri 5 contoh isolator. 4. Faktor-faktor apa saja yang berpengaruh terhadap kalor yang diterima sebuah benda dari lingkungan sekitarnya? 5. Faktor-faktor apa saja yang b25erpengaruh terhadap kalor yang dilepas sebuah benda terhadap lingkungan sekitarnya?

KALOR DAN PERPINDAHANNYA  Penerapan Jelaskan pemanfaatan peristiwa konduksi, konveksi, atau radiasi pada berbagai peralatan. Cari peralatan yang berbeda dengan yang dijelaskan di buku yang sedang kamu pelajari ini. Ayo Kita Latihan Di musim dingin, daerah sekitar kutub bumi menjadi daratan es. Laut pun menjadi daratan es. Tetapi, rusa kutub dan beruang kutub tetap dapat beraktivitas. Domba memiliki bulu yang tebal, sehingga dapat mempertahankan suhu tubuh pada musim dingin. Banyak burung burung bermigrasi dari daerah dingin ke daerah yang lebih hangat pada saat musim dingin. Begitulah kuasa Tuhan Yang Maha Esa dalam memberi kehidupan Pada makhluk-Nya. Jadi, kita sebagai salah satu ciptaan-Nya wajib Berterima kasih pada-Nya. RANGKUMAN 1. Kalor merupakan salah satu bentuk energi yang berpindah dari benda yang suhunya lebih tinggi ke benda yang suhunya lebih rendah jika kedua benda saling bersentuhan. 2. Kalor jenis adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 g zat sebesar 1°C. 3. Zat dapat berubah wujud apabila:  perubahan wujud zat yang memerlukan kalor yang mencair, menguap, dan menyublim;  perubahan wujud zat yang melepas kalor yang membeku, mengembun, dan menghablur. 4. Azas Black berbunyi banyaknya kalor yang dilepaskan benda bersuhu lebih tinggi sama dengan banyaknya kalor yang diterima benda yang bersuhu lebih rendah. • Kalor dapat berpindah dengan cara konduksi, konveksi, dan radiasi. • Konduksi adalah perpindaha2n6 kalor melalui suatu zat tanpa disertai perpindahan partikel zat. • Konveksi adalah perpindahan kalor melalui suatu zat yang disertai perpindahan partikel zat tersebut.

KALOR DAN PERPINDAHANNYA INFO ILMUWAN Tahukah kamu jauh sebelum istilah kalori diperkenalkan ada penelitian yang mendasari, sehingga energi dihitung dengan satuan kalori. Siapakah peneliti yang mendasari hingga dikemukakan istilah kalori tersebut? Ibnu Sina (980-1037) mengemukakan hasil penelitiannya terkait energi, yakni masalah ruangan hampa, cahaya, dan panas (kalor). James Prescott Joule (1818-1889) ialah seorang ilmuwan yang membuktikan bahwa panas (kalor) tak lain adalah suatu bentuk energi. James Watt (1736-1819) dari Skotlandia, Britania Raya. Pada awalnya Watt tertarik dengan mesin uap karena memerhatikan mesin uap buatan Newcome yang kurang efisien. Kemudian ia terus melakukan beberapa percobaan dan penelitian. Watt berhasil menciptakan mesin uap pertama yang efisien. Ternyata mesin uap ini merupakan salah satu kekuatan yang mendorong terjadinya Revolusi Industri. Untuk menghargai jasanya, nama belakangnya, yaitu Watt digunakan sebagai nama satuan daya. Antonnie Laurent Lavoisier (1743 - 1794) memperkenalkan kata kalori. UJI KOMPETENSI a. Jawablah pertanyaan berikut dengan benar dan jelas. 1. Jelaskan pengertian kalor. 2. Kamu memanaskan air dalam panci aluminium dengan kompor gas. Benda 4. apa saja yang menerima kalor pada pemanasan itu? Jelaskan. 3. Kalor lebur es adalah 80 kal/g. Apa maksudnya? 4. Sebutkan persamaan dan perbedaan antara konduksi dan konveksi. 5. Mengapa seekor anjing setelah berlarian akan menjulurkan lidahnya? Jelaskan. b. Kerjakan soal-soal berikut dengan benar. 1. Tentukan kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 2 kg air, sehingga suhunya naik 50oC. Kalor jenis air 4200 J/(kg K). 2. Gambarkan arus konveksi pada gambar di bawah ini. 27

KALOR DAN PERPINDAHANNYA 3. Semangkok air dan semangkok alkohol yang ukurannya sama diletakkan di atas meja di dekat jendela pada siang hari yang cerah. Beberapa jam kemudian ternyata volume kedua zat cair itu berkurang. Namun alkohol lebih banyak berkurang dibandingkan dengan air. Manakah penjelasan yang paling tepat terhadap kejadian itu? Pilih yang paling tepat dan jelaskan. a. Semua cairan menguap. b. Alkohol mendapatkan kalor yang lebih banyak daripada air. c. Zat cair tertentu menguap lebih cepat dibandingkan dengan jenis zat cair yang lain. d. Zat cair hanya menguap saat hari cerah. e. Air lebih panas dibandingkan dengan alkohol. 4. Sendok logam, sendok plastik, dan sendok keramik diletakkan pada air panas. Setelah 15 detik, adakah sendok yang terasa paling panas? Coba jelaskan. BERPIKIR KRITIS Mengapa marmer atau keramik terasa lebih dingin daripada lantai yang diberi alas karpet? Coba jelaskan. TUGAS PROYEK Buatlah rancangan pemanas (misalnya kompor atau pemanas air) yang memanfaatkan energi surya. 28

KALOR DAN PERPINDAHANNYA DAFTAR PUSTAKA Cahya Prima,Eka, Dr. S.Pd., M.T. Modul 4. Kinematika dan Dinamika Gerak,Serta Suhu dan Kalor . Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan. 2019 Widodo, Wahono et al. Ilmu Pengetahuan Alam. Untuk SMP/MTs Kelas VII Semeter 1. Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan Republik Indonesia. Cetakan ke-3. 2016 ISBN : 978-602-282-314-8 Andi Prastowo, Panduan Kreatif Membuat Bahan Ajar Kreatif. Bahan Pembelajaran Rencana Pelaksanaan Pembelajaran. PPG UPI. 2020. Bahan dari Internet : Kalor. https://gurumuda.net/kalor-jenis.htm Perpindahan Kalor https://kelassainsedu.wordpress.com/radiasi/ Cara Praktis Membuat Modul Pembelajaran. https://penerbitdeepublish.com/modul/ 29

KUNCI JAWABAN SOAL A. Ayo Kita Latihan 1. 3 Cara perpindahan kalor 1) Konduksi : perpindahan kalor melalui zat perantara tanpa di sertai perpindahan partikel-partikel zat perantara 2) konveksi : perpindahan kalor melalui zat perantara yang di sertai perpindahan partikel- partikel zat perantara 3) radiasi : perpindahan kalor tanpa melalui zat perantara 2. Konduktor adalah suatu zat atau bahan yang dapat menghantarkan arus listrik, baik itu zat padat, cair, ataupun gas karena sifat dari zat atau benda tersebut yang konduktif, maka disebut dengan Konduktor. Ciri – Ciri Konduktor yang baik itu sendiri memiliki tahanan jenis yang kecil dan salah satu Penghantar atau Contoh Konduktor yg sangat baik adalah emas, akan tetapi karena harganya yang begitu mahal, maka penghantar yg umumnya digunakan adalah tambaga dan aluminium untuk menghemat biaya. contohnya ada besi, alumunium, seng, tembaga dan perak. 3. Isolator adalah benda yang tidak bisa menghantarkan panas dengan baik atau tidak dapat menghantarkan arus listrik contohnya seperti : kain, kayu,karet,plastik,batu dll 4. Faktor faktor yang berpengaruh terhadap kalor yang diterima sebuah benda dari lingkungan sekitarnya yaitu : 1) Luas permukaan benda Semakin besar luas permukaan benda maka semakin besar juga kalor yang diterima, begitupun sebaliknya 2) Suhu benda Semakin tinggi suhu benda maka semakin rendah kalor yang diterima, begitupun sebaliknya. 3) Kegelapan benda Semakin gelap benda maka semakin besar kalor yang diterima. Begitupun sebaliknya 5. Faktor faktor yang berpengaruh terhadap kalor yang dilepas sebuah benda dari lingkungan sekitarnya : a. Kegelapan benda b. Semakin gelap benda maka semakin besar kalor yang diterima.Begitupun sebaliknya

c. Suhu benda Semakin tinggi suhu benda maka semakin rendah kalor yang diterima,begitupun sebaliknya. d. Luas permukaan benda Semakin besar luas permukaan benda maka semakin besar juga kalor yang diterima, begitupun sebaliknya. B. UJI KOMPETENSI a. Jawablah pertanyaan berikut dengan benar dan jelas 1. kalor adalah salah satu bentuk energi yang berpindah dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu lebih rendah. Misalnya : saat tangan kita menyentuh gelas berisi air hangat, maka tangan kita akan mengalami kenaikan suhu. Hal ini disebabkan oleh kalor yang berasal dari air hangat di gelas yang suhunya lebih tinggi akan berpindah ke tangan kita yang suhunya lebih rendah. 2. pada saat memanaskan air dalam panci aluminium dengan kompor gas, benda yang pertama menerima kalor dari api kompor gas adalah panci aluminium. Kemudian setelah panci aluminium panas, maka terjadi perpindahan panas dari panci ke air. 3. artinya, untuk mencairkan atau meleburkan es sebanyak 1 gram diperlukan kalor sebesar 80 kalori 4. Persamaannya : cara perpindahan panas melalui perantara. Perbedaannya : perpindahan panas secara konduksi yaitu perpindahan panas melalui perantara tanpa disertai perpindahan partikel-partikel zat perantara tersebut. Sedangkan konveksi adalah perpindahan panas melalui perantara yang disertai dengan perpindahan partikel-partikel zat perantaranya. 5. Binatang \"guguk\" adalah salah satu hewan mamalia. Mamalia memiliki suhu tubuh yang tetap. Sehingga saat mamalia kepanasan atau kedinginan, mereka akan melakukan upaya untuk mengembalikan suhu tubuhnya menjadi normal kembali. \"Guguk\" saat berlari atau setelah berlari, suhu tubuhnya akan meningkat sebagai akibat metabolisme tubuhnya untuk menghasilkan energi saat berlari.

Untuk mengembalikan suhu tubuhnya menjadi normal, maka salah satu caranya yaitu dengan menjulurkan lidah agar pelepasan kalor dari tubuhnya bisa lebih cepat. Jadi, \"guguk\" menjulurkan lidahnya setelah berlari adalah untuk mempercepat pelepasan kalor dari tubuhnya, sehingga suhu tubuhnya bisa kembali ke suhu normal. b. Kerjakan soal_soal berikut dengan benar 1. Diketahui : m = 2 kg ΔT = 50 C c = 4.200 J/KgK Ditanyakan ; Q ? Dijawab : Q = m x c x ΔT = 2 x 4.200 x 50 = 420.000 J = 420 kilojoule 2. 3. Pilihan yang tepat C Hal ini disebabkan karena titik didih air dan alkohol berbeda. Titik didih alkohol lebih rendah dibandingkan titik didih air, sehingga lebih banyak alkohol yang menguap daripada air 4. Sendok yang terasa paling panas adalah sendok logam karena logam adalah benda konduktor, sedangkan plastik dan keramik termsuk benda yang non konduktor.