Materi IPA Kelas 7 Kurikulum Merdeka Bab 3 : Suhu, Kalor, dan Pemuaian
A. Suhu
1. Apa yang Dimaksud Dengan Suhu?
Suhu adalah ukuran dari tingkat panas atau dinginnya suatu benda atau zat. Ini mencerminkan energi kinetik rata-rata partikel penyusun benda tersebut. Ketika partikel-partikel ini memiliki energi kinetik yang lebih tinggi, suhu akan lebih tinggi, dan sebaliknya, jika energi kinetiknya lebih rendah, suhu akan lebih rendah. Dalam dunia mikroskopis, suhu mencerminkan seberapa cepat partikel-partikel tersebut bergerak.
Contoh: Ketika kamu menyentuh air yang terasa hangat, itu berarti air memiliki suhu yang lebih tinggi daripada suhu tubuhmu. Jika kamu menyentuh es, yang terasa dingin, itu berarti es memiliki suhu yang lebih rendah.
2. Mengapa Kita Memerlukan Alat Ukur?
Suhu adalah parameter fisik yang penting, tetapi manusia tidak dapat secara akurat "merasakan" suhu dengan presisi. Alat ukur suhu, seperti termometer, memberikan cara objektif dan terukur untuk mengukur dan mengamati perubahan suhu. Ini penting dalam berbagai konteks, mulai dari kehidupan sehari-hari hingga penelitian ilmiah.
Contoh: Penggunaan termometer untuk mengukur suhu tubuh saat sedang sakit untuk memantau adanya demam.
3. Mengapa Kita Perlu Mengetahui Skala Suhu?
Pemahaman tentang skala suhu memberikan kerangka acuan yang seragam untuk mengukur suhu dengan konsistensi. Ini memungkinkan kita untuk memahami perbedaan suhu antara benda dan situasi yang berbeda. Skala suhu juga memungkinkan kita untuk mengukur perubahan suhu dari waktu ke waktu.
Contoh: Mengetahui bahwa suhu udara pagi lebih rendah daripada suhu udara siang membantu kita memutuskan bagaimana berpakaian sesuai.
4. Bagaimana Menentukan Skala Suhu?
Skala suhu dapat ditentukan berdasarkan perubahan fisik yang terjadi pada berbagai suhu. Skala Celsius menggunakan titik beku dan titik didih air sebagai acuan. Titik beku air ditetapkan pada 0°C dan titik didihnya pada 100°C. Skala Kelvin menggunakan nol mutlak (0 K) sebagai titik awalnya, di mana gerakan partikel sepenuhnya berhenti.
Contoh: Ketika air mendidih pada suhu 100°C dalam skala Celsius, ini setara dengan 373,15 K dalam skala Kelvin.
5. Perbandingan Skala Suhu
Perbandingan skala suhu yang umum adalah antara Celsius dan Fahrenheit. Persamaan konversi antara keduanya adalah:
°F = (9/5 × °C) + 32
Contoh: Suhu 25°C dalam skala Fahrenheit adalah 77°F.
6. Kesimpulan:
Suhu adalah ukuran penting dalam fisika dan kehidupan sehari-hari. Alat ukur suhu diperlukan untuk mengamati perubahan suhu dengan akurat. Pemahaman tentang skala suhu membantu kita mengukur dan memahami suhu dengan lebih baik, serta memungkinkan perbandingan yang konsisten antara berbagai situasi dan kondisi suhu.
7. Latihan Soal Suhu
Soal 1:
Konversikan suhu 35°C ke dalam skala Fahrenheit.
Jawaban 1:
Gunakan rumus konversi: °F = (9/5 × °C) + 32
°F = (9/5 × 35) + 32 = 95°F
Soal 2:
Berapa suhu dalam skala Kelvin jika suhu dalam skala Celsius adalah 20°C?
Jawaban 2:
Suhu dalam skala Kelvin adalah sama dengan suhu dalam skala Celsius ditambah 273.15.
Suhu dalam Kelvin = 20 + 273.15 = 293.15 K
Soal 3:
Apa suhu yang sesuai dalam skala Fahrenheit jika suhu dalam skala Celsius adalah -10°C?
Jawaban 3:
Gunakan rumus konversi: °F = (9/5 × °C) + 32
°F = (9/5 × -10) + 32 = 14°F
Soal 4:
Pada suatu hari, suhu udara adalah 68°F. Konversikan suhu ini ke dalam skala Celsius.
Jawaban 4:
Gunakan rumus konversi: °C = (°F - 32) × 5/9
°C = (68 - 32) × 5/9 = 20°C
Soal 5:
Titik didih air pada tekanan standar dalam skala Kelvin adalah berapa?
Jawaban 5:
Titik didih air pada tekanan standar dalam skala Kelvin adalah 373.15 K.
Soal 6:
Berapakah suhu dalam skala Celsius yang setara dengan 100°F?
Jawaban 6:
Gunakan rumus konversi: °C = (°F - 32) × 5/9
°C = (100 - 32) × 5/9 = 37.78°C
Soal 7:
Jika suhu dalam skala Kelvin adalah 300 K, berapakah suhu dalam skala Celsius?
Jawaban 7:
Suhu dalam skala Celsius adalah suhu dalam skala Kelvin dikurangi 273.15.
°C = 300 - 273.15 = 26.85°C
Soal 8:
Apa titik beku air dalam skala Fahrenheit?
Jawaban 8:
Titik beku air dalam skala Fahrenheit adalah 32°F.
Soal 9:
Jika suhu dalam skala Celsius adalah -40°C, berapakah suhu dalam skala Kelvin?
Jawaban 9:
Suhu dalam skala Kelvin adalah suhu dalam skala Celsius ditambah 273.15.
K = -40 + 273.15 = 233.15 K
Soal 10:
Konversikan suhu 212°F ke dalam skala Celsius.
Jawaban 10:
Gunakan rumus konversi: °C = (°F - 32) × 5/9
°C = (212 - 32) × 5/9 = 100°C
B. Kalor
Kalor adalah transfer energi panas antara benda yang berbeda suhu. Ini adalah bentuk energi yang mengalir dari benda dengan suhu lebih tinggi ke benda dengan suhu lebih rendah. Kalor mengakibatkan perubahan suhu dan perubahan fisik atau kimia dalam benda tersebut.
1. Apakah Kalor Itu Sama dengan Suhu?
Tidak, kalor dan suhu adalah konsep yang berbeda. Suhu adalah ukuran tingkat panas atau dinginnya suatu benda, sedangkan kalor adalah energi termal yang ditransfer antara benda-benda dengan suhu berbeda. Ketika kalor ditambahkan atau diambil dari benda, suhu benda tersebut dapat berubah.
Contoh: Jika kamu meletakkan sendok logam di dalam secangkir teh panas, sendok akan terasa panas karena kalor dari teh mengalir ke sendok.
2. Kenapa Benda yang Berbeda Nilai Suhunya Tidak Sama Ketika Diberikan Kalor yang Sama?
Kemampuan benda untuk menyerap kalor dan mengalami perubahan suhu berbeda-beda. Ini tergantung pada sifat termal benda, seperti massa dan jenis bahan. Konsep ini dikenal sebagai kapasitas panas. Benda dengan massa lebih besar cenderung memerlukan lebih banyak kalor untuk mengalami perubahan suhu yang sama dibandingkan benda dengan massa lebih kecil.
Contoh: Memanaskan panci air dan panci besi dengan kalor yang sama. Panci besi mungkin akan mengalami kenaikan suhu yang lebih rendah dibandingkan panci air karena besi memiliki kapasitas panas yang lebih rendah daripada air.
3. Bagaimana Menghitung Besar Kalor?
Besar kalor yang ditransfer antara dua benda dapat dihitung menggunakan rumus:
Q = mcΔT
Di mana:
Q adalah kalor yang ditransfer (dalam kalori atau joule),
m adalah massa benda (dalam gram atau kilogram),
c adalah kapasitas panas benda (dalam kalori/gram/°C atau joule/kg/°C),
ΔT adalah perubahan suhu (dalam °C).
Contoh: Jika 200 gram air (c = 1 cal/g/°C) dipanaskan dari 20°C menjadi 80°C, berapa kalor yang ditambahkan?
Q = mcΔT = 200 g × 1 cal/g/°C × (80°C - 20°C) = 12000 kalori
4. Perpindahan Kalor
Ada tiga metode perpindahan kalor:
- Konduksi: Perpindahan kalor melalui kontak langsung antara partikel-partikel dalam benda. Contoh: Menyentuh batang logam panas, panas merambat melalui batang.
- Konveksi: Perpindahan kalor melalui pergerakan fluida (cairan atau gas) yang memindahkan panas dari satu tempat ke tempat lain. Contoh: Air panas naik, sementara air dingin tenggelam dalam panci yang dipanaskan.
- Radiasi: Perpindahan kalor melalui gelombang elektromagnetik, seperti cahaya inframerah. Ini tidak memerlukan medium untuk merambat. Contoh: Matahari memancarkan panas ke Bumi melalui radiasi.
Contoh: Sauna bekerja berdasarkan konveksi. Udara di dalam sauna dipanaskan, naik, dan digantikan oleh udara dingin, menciptakan sirkulasi panas.
5. Kesimpulan:
Kalor adalah energi termal yang ditransfer antara benda dengan suhu berbeda. Ini mempengaruhi perubahan suhu dan perubahan fisik atau kimia dalam benda. Konsep kapasitas panas, perhitungan kalor, dan metode perpindahan kalor penting dalam memahami bagaimana energi panas berperilaku dan bergerak dalam berbagai situasi.
6. Latihan Soal Kalor
Soal 1:
Apa yang dimaksud dengan kalor?
A. Ukuran tingkat panas atau dinginnya suatu benda.
B. Energi termal yang ditransfer antara benda dengan suhu berbeda.
C. Perubahan suhu dalam skala Kelvin.
D. Kapasitas panas dari benda.
Jawaban 1: B. Energi termal yang ditransfer antara benda dengan suhu berbeda.
Soal 2:
Apa perbedaan antara kalor dan suhu?
A. Kalor adalah ukuran tingkat panas atau dinginnya suatu benda, sedangkan suhu adalah energi termal yang ditransfer antara benda dengan suhu berbeda.
B. Kalor dan suhu adalah konsep yang sama.
C. Kalor mengukur perubahan suhu, sedangkan suhu adalah energi panas yang dimiliki benda.
D. Kalor adalah suhu dalam skala Kelvin.
Jawaban 2: A. Kalor adalah ukuran tingkat panas atau dinginnya suatu benda, sedangkan suhu adalah energi termal yang ditransfer antara benda dengan suhu berbeda.
Soal 3:
Mengapa benda dengan massa lebih besar memerlukan lebih banyak kalor untuk mengalami perubahan suhu yang sama dibandingkan benda dengan massa lebih kecil?
A. Benda dengan massa lebih besar memiliki kapasitas panas yang lebih besar.
B. Benda dengan massa lebih besar lebih cepat menyerap panas.
C. Benda dengan massa lebih besar memiliki suhu yang lebih tinggi.
D. Benda dengan massa lebih besar memiliki suhu yang lebih rendah.
Jawaban 3: A. Benda dengan massa lebih besar memiliki kapasitas panas yang lebih besar.
Soal 4:
Bagaimana perpindahan kalor terjadi melalui konveksi?
A. Melalui kontak langsung antara partikel-partikel dalam benda.
B. Melalui pergerakan fluida (cairan atau gas) yang memindahkan panas dari satu tempat ke tempat lain.
C. Melalui gelombang elektromagnetik.
D. Melalui perubahan suhu dalam skala Kelvin.
Jawaban 4: B. Melalui pergerakan fluida (cairan atau gas) yang memindahkan panas dari satu tempat ke tempat lain.
Soal 5:
Apa metode perpindahan kalor yang tidak memerlukan medium untuk merambat?
A. Konduksi
B. Konveksi
C. Radiasi
D. Kapasitas panas
Jawaban 5: C. Radiasi
C. Pemuaian
1. Apakah Pemuaian Itu?
Pemuaian adalah fenomena fisik di mana benda membesar atau meluas dalam respons terhadap peningkatan suhu. Ketika suhu suatu benda meningkat, energi kinetik molekul-molekul di dalamnya juga meningkat, menyebabkan molekul-molekul ini bergerak lebih cepat dan menjauh satu sama lain. Akibatnya, volume atau dimensi benda meningkat.
Contoh: Saat kamu memanaskan logam, misalnya batang besi, batang tersebut akan memanjang dan memuai.
2. Pemuaian Zat
Pemuaian zat adalah perubahan dimensi atau volume benda akibat perubahan suhu. Pemuaian terjadi pada zat padat, cair, dan gas.
3. Pemuaian Panjang
Pemuaian panjang terjadi ketika sebuah benda padat memanjang seiring dengan peningkatan suhu. Ini disebabkan oleh peningkatan energi kinetik molekul, yang membuat jarak antara molekul-molekul semakin besar.
Contoh: Rel kereta api yang panjangnya ribuan meter dapat memuai akibat panas yang dihasilkan oleh sinar matahari, menyebabkan celah antara rel menjadi lebih besar.
4. Pemuaian Luas
Pemuaian luas terjadi ketika benda padat memuai tidak hanya dalam satu dimensi, tetapi dalam lebih dari satu dimensi sekaligus. Ini umumnya terjadi pada benda yang memiliki permukaan yang luas.
Contoh: Panel beton pada jalan raya yang panjangnya sangat besar dapat mengalami pemuaian luas, menyebabkan celah antara panel-panel menjadi lebih lebar.
5. Pemuaian Zat Cair
Pemuaian zat cair terjadi ketika zat cair memuai dengan meningkatnya suhu. Pada umumnya, zat cair memiliki koefisien pemuaian yang lebih besar daripada benda padat.
Contoh: Ketika air dalam termos dipanaskan, air tersebut memuai dan menekan dinding-dinding termos, menyebabkan tekanan di dalam termos.
6. Pemuaian Zat Gas
Pemuaian zat gas adalah pemuaian yang paling dramatis. Molekul-molekul gas memiliki ruang yang besar antara mereka, dan peningkatan suhu menyebabkan energi kinetik mereka meningkat secara signifikan, menyebabkan gas memuai dengan cepat.
Contoh: Ketika udara dalam balon dipanaskan, udara dalam balon memuai, mendorong dinding balon dan membuatnya membesar.
7. Kesimpulan:
Pemuaian adalah fenomena fisik di mana benda-benda memuai atau memperbesar dimensinya karena peningkatan suhu. Ini terjadi pada zat padat, cair, dan gas. Pemuaian dapat terjadi dalam berbagai bentuk, seperti pemuaian panjang, pemuaian luas, pemuaian zat cair, dan pemuaian zat gas. Pemahaman tentang pemuaian penting dalam berbagai aplikasi, dari konstruksi hingga ilmu pengetahuan material dan teknik.
8. Latihan Soal Pemuaian
Soal 1:
Apa yang dimaksud dengan pemuaian panjang?
A. Pemuaian pada benda yang meluas dalam lebih dari satu dimensi.
B. Pemuaian yang terjadi pada zat cair ketika dipanaskan.
C. Pemuaian pada benda yang memanjang akibat peningkatan suhu.
D. Pemuaian yang hanya terjadi pada zat padat.
Jawaban 1: C. Pemuaian pada benda yang memanjang akibat peningkatan suhu.
Pembahasan: Pemuaian panjang terjadi ketika suatu benda padat memanjang seiring dengan peningkatan suhu. Ini disebabkan oleh meningkatnya energi kinetik molekul-molekul di dalam benda tersebut.
Soal 2:
Pemuaian yang terjadi pada zat gas disebabkan oleh apa?
A. Penurunan suhu.
B. Penurunan tekanan.
C. Peningkatan suhu.
D. Peningkatan tekanan.
Jawaban 2: C. Peningkatan suhu.
Pembahasan: Pemuaian pada zat gas disebabkan oleh peningkatan suhu yang menyebabkan molekul-molekul gas memiliki energi kinetik yang lebih tinggi dan bergerak lebih cepat.
Soal 3:
Apa yang dimaksud dengan pemuaian luas?
A. Pemuaian yang terjadi pada zat padat dan cair.
B. Pemuaian pada benda yang memanjang.
C. Pemuaian yang hanya terjadi pada zat cair.
D. Pemuaian pada benda yang memuai dalam lebih dari satu dimensi.
Jawaban 3: D. Pemuaian pada benda yang memuai dalam lebih dari satu dimensi.
Pembahasan: Pemuaian luas terjadi ketika benda memuai tidak hanya dalam satu dimensi, tetapi dalam lebih dari satu dimensi sekaligus.
Soal 4:
Mana dari berikut ini memiliki koefisien pemuaian yang paling besar?
A. Benda padat.
B. Zat cair.
C. Zat gas.
D. Benda yang permukaannya kecil.
Jawaban 4: C. Zat gas.
Pembahasan: Zat gas memiliki koefisien pemuaian yang paling besar dibandingkan benda padat dan zat cair karena molekul-molekul gas memiliki ruang yang besar antara mereka.
Soal 5:
Apa yang terjadi pada dimensi benda saat pemuaian terjadi?
A. Dimensi benda tetap sama.
B. Dimensi benda mengecil.
C. Dimensi benda membesar.
D. Dimensi benda berubah acak.
Jawaban 5: C. Dimensi benda membesar.
Pembahasan: Selama pemuaian, dimensi benda meningkat akibat peningkatan suhu yang menyebabkan partikel-partikel penyusun benda bergerak lebih cepat dan menjauh satu sama lain.