PROPOSAL GAMELAN ANGKLUNG

I.Pendahuluan

Gamelan angklung adalah gamelan tua di Bali, dan salah satu perangkat gamelan yang pada masa lalu mengalami popularitas dapat dilihat dari data perkembangannya yang tersebar di seluruh kabupaten di Bali. Dalam perkembangannya gamelan ini mengalami perubahan-perubahan dalam fungsi,tata cara penyajian, yang mengikuti konsep desa kala patra sebagai sebuah media ritual yang fleksibel. Seiring dengan perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi, secara fungsional angklung pun telah mengalami perubahan dimana secara ritual tetap berlangsung tetapi secara estetis gamelan ini menjadi sebuah iringan tari,iringan wayang, serta diolah dalam komposisi music modern.

Gamelan angklung adalah gamelan berlaras selendro, tergolong barungan madya yang dibentuk oleh instrument berbilah dan pencon dari krawang, kadang-kadang ditambah angklung bamboo kocok (yang berukuran kecil). Dibentuk oleh alat-alat gamelan yang relative kecil dan ringan (sehingga mudah untuk dimainkan sambil berprosesi). Jenis gamelan angklung ada tiga yaitu : angklung Kembang  Kiran, angklung Klentangan dan Angklung Don Nem. Perbedaan ketiga jenis angklung ini terletak pada jumlah penggunaan nada yang maupun bilah dalam tungguhan jenis gangsa maupun jegogannya

Berdasarkan konteks penggunaan gamelan ini hanya mempergunakan 4 nada sedangkan untuk daerah Bali Utara mempergunakan 5 nada. Berdasarkan konteks penggunaan gamelan ini, serta materi tabuh yang dibawakan angklung dapat dibedakan menjadi :

1. Angklung klasik yang dimainkan untuk mengiringi upacara (tanpa tari-tarian);
2. Angklung kebyar yang dimainkan untuk mengiringi pagelaran tari maupun drama

II. Fungsi Gamelan Angklung

2.1Fungsi Upacara

Fungsi gamelan angklung  di beberapa tempat adalah   mengiringi upacara pitra yadnya dan selain itu  juga dipakai mengiringi upacara Dewa Yadnya serta tari-tarian gong selendro yang sering juga menghidangkan gending-gending perangklungan 4 nada.

                                                                 

Satu barungan angklung bisa berperan keduanya, karena seringkali menggunakan  alat-alat gamelan dan penabuh yang sama. Di kalangan masyarakat Bali sebagian besar mengenal bahwa angklung dipergunakan dan berfungsi mengiringi upacara Pitra Yadnya (Ngaben).

Di desa adat Tanjung Benoa, gamelan angklung didukung oleh sebuah organisasi yang bersifat tradisional yang bertujuan sosial.  Sekee angklung Segara Putra nama organisasi yang menaungi kebersamaan sekee angklung ini dengan anggota kurang lebih 60 orang. Sekee ini berada di lingkungan Desa Pekraman Tanjung Benoa, Nusa Dua, Kabupaten Badung. Rasa kebersamaan dan memiliki sesama anggota masyarakat dengan tujuan membantu tanpa pamrih terhadap masyarakat yang membutuhkan bantuan bila memiliki kepentingan upacara untuk mengupah (menyewa) angklung.tapi seiring dengan perkembangan modernisasi dan terjadinya pergeseran nilai-nilai dalam kehidupan bermasyarakat, berkembang pula struktur sekaa angklung menjadi lebih professional dan mulai ada perjanjian ataupun sewa menyewa untuk kegiaan pentas dan sebagainya yang tentunya di luar konteks Ngayah.

Di era belakangan ini gamelan angklung mengalami perubahan yang bukan saja dari bentuk fisik instrumentasi, tetapi juga terjadi perkembangan repertoar dan fungsi, di dalam konteks kehidupan sosial masyarakatb di Bali. Dan saat ini gamelan angklung telah diangkat untuk ajang sebuah kreativitas, lahan seni artistic bagi seniman-seniman kreatif dengan tampil sebagai angklung kebyar dan angklung dengan kreativitas seni modern. Dan di beberapa daerah di Bali baik organisasi, maupun pemaksan dadya dan sebagainya tidak jarang gamelan angklung juga mengiringi tari-tarian untuk menggantikan gamelan lainnya dalam rangka upacara Dewa Yadnya termasuk juga gamelan kekebyaran yang dewasa ini sedang digemari di Bali.

2.2.Fungsi Sosial Ekonomi

Sebuah organisasi seperti Sekee Angklung Segara Putra ini bersifat tradisional dan dibentuk untuk tujuan-tujuan sosial pada awal pendiriannya. Warga yang memiliki kepentingan terhadap jasa penggunaan gamelan ini un tuk kepentingan upacara hanya mendapat sekedar minum atau makanan sebagai ungkapan terima kasih serta sesari banten gong atau batu-batu, begitu disebut dan disediakan sekedarnya.                                               

Hal ini merupakan cerminan rasa kebersamaan dan gotong royong serta kerukunan interaksi sosial masyarakat Tanjung Benoa. Namun seiring dengan perkembangan globalisasi dan perubahan budaya akibat arus modernisasi serta system teknologi yang canggih menggeser juga nilai serta fungsi sosial dari Sekee angklung ini. Tuntutan kehidupan bermasyarakat yang semakin kompleks mengubah pula pola perkembangan kesenian sekee angklung ini.  Saat ini untuk kegiatan ngayah tanpa upah seperti dulu sangat jarang didengar lagi, namun dalam kenyataannya kini mulai diberlakukan system sewa atau memberi upah untuk sekali pelaksanaan menggunakan gamelan angklung untuk kegiatan yadnya dan lainnya.

2..3.Fungsi Hiburan

            Dewasa ini di dalam ajang Pesta Kesenian Bali sering kita lihat kesenian Angklung kebyar. Hal ini adalah merupakan suatu ajang pentas seniman-seniman kreatif yang menggunakan media angklung yang dicoba digarap dalam bentuk tabuh kreasi. Adapun tari-tarian yang dipentaskan dengan iringan angklung kebyar antara lain, Margapati, Wiranata, Baris Tunggal, Oleg Tamulilingan, Jauk dan Cendrawasih. Respon masyarakat pendukung dan penikmat seni cukup besar dalam pentas setiap angklung kebyar di PKB. Hal ini dibuktikan dengan kehadiran penonton yang membludak setiap ada parade angklung di ajang Pesta Kesenian Bali tersebut.

            Selain itu ditemukan pula angklung sering digunakan untuk mengiringi wayang kulit di beberapa daerah di Bali. Jadi kesenian angklung sampai saat ini memiliki arti penting baik dalam konteks kebutuhan masyarakat yang menunjang atau berfungsi upacara maupun sosial ekonomi dan hiburan.

III. Instrumen Gamelan Anglung

Barungan gambelan angklung klentangan terdiri dari 3 pasang :

1. Pemade

2. Tiga pasang kantil

3. Empat tungguh reong

4. Sepasang jegogan

5. Sebuah tungguh kempul                                                                   

6. Sebuah kelenang

7 .Sebuah tawa-tawa

8. Sebuah suling atau lebih

9. Sepangkon ricik

10.Sepancar genta orag dan sepasang kendang lanang,wadon berukuran kecil

Gending-gending angklung antara lain :

Berong,capung manjus,capung ngumbang, asep menyan, glagak ketunuan, jaran sirig, sekar ulet, sekar jepun, dongkang menek biyu,gowak maling taluh, bangun  lemah,basang layah, nalir,kembang ura, nyingsing manyuling, sitawara,puspa warna merdah, isep-isepan, lembu bajang, kesuma riris, lilit ubi, anjerang alit, dan sekar sandat,

Di era belakangan ini gamelan angklung mengalami perubahan yang bukan saja dari bentuk fisik instrumentasi, tetapi juga terjadi perkembangan repertoar dan fungsi, di dalam konteks kehidupan sosial masyarakatb di Bali. Dan saat ini gamelan angklung telah diangkat untuk ajang sebuah kreativitas, lahan seni artistic bagi seniman-seniman kreatif dengan tampil sebagai angklung kebyar dan angklung dengan kreativitas seni modern.apalagi angklung kebyar kini sering di-paradekan atau bahkan dilombakan dalam ajang bergengsi seperti di  Pesta Kesenian Bali. Antusias masyarakat pendukung dan peminat seni  akan tumpah ruah bila ada pertunjukan angklung apalagi tampil “ mebarung” mengiringi tari lepas yang diiringi angklung kebyar.

IV. Bentuk Gamelan Angklung

Secara fisik pada awalnya angklung menggunakan eempat bilah nada, kemudian para senimannya pada perkembangannya menambahkan lagi beberapa bilah untuk mendukung kebutuhan komposisi lagu. Perubahan atas bertambahnya bilah nada dalam gamelan angklung adalah tidak terlepas dari factor terkena imbas dari pengaruh gender wayang dan dan factor kedua adalah karena ada difungsikan untuk mengiringi Joged Bumbung.(Sudirga,Komang, 2004,2).beberapa instrument juga terkadang ditambahkan seperti jublag, kendang gupekan, kempur,kemong,dan gong. Secara umum tungguhan gamelan angklung pada waktu lampau masih berbentuk lelengisan, dan hanya dipernis, tetapi dewasa ini kita lihat sudah diprada sebagaimana gong kebyar.

                                                                       

V.Kesimpulan

Gamelan angklung saat ini tidak hanya berperan sebagai fungsi upacara semata-mata untuk kepentingan Yadnya di Bali, tetapi lebih dari itu sudah menjadi suatu fungsi sosial ekonomi dan hiburan buat masyarakat.

Gamelan angklung juga sangat responsive menyatu dengan tabuh-tabuh kekebyaran yang melalui kreativitas para seniman , sehingga mampu menarik perhatian masyarakat penggemar seni menikmati perkembangan kesenian angklung dewasa ini, sehingga menjadi santapan estetis penikmat seni itu sendiri.

DAFTAR PUSTAKA

Bandem,I Made.1983,Ensiklopedi Gamelan Bali,Denpasar: Proyek Pembinaan

            Penggalian dan Pengembangan Seni Klasik/Tradisional  dan Kesenian

            Baru Pemerintah Daerah tingkat I Bali.

Sukerta,Pande Made.2002”Kehidupan dan Perkembangan Gamelan Angklung

            Bentuk dan fungsi Sosialnya yang dihadapkan dengan Konsep Desa Kala         

            Patra”, dalam Mudra Jurnal Seni Budaya Vol.10 NO.1 Januari 2002,

            Denpasar:UPT Penerbitan STSI Denpasar.

Sudirga, I, Komang.2004, Kontinuitas dan Perubahan Gamelan Angklung Dalam

            Konteks Kehidupan Masyarakat Bali,dalam Bheri Jurnal Ilmiah Musik

            Nusantara Vol.3 No.1 September 2004,Denpasar,UPT Penerbitan ISI

            Denpasar.

CONTOH PUISI BAHASA INDONESIA

HARAPAN SEORANG INSAN

Oleh Andi Amryani Amir

Kehidupan ini memaksaku untuk kuat

Dari berbagai masalah yang tak berujung

Menjelma menjadi misteri yang indah

Semua seperti sandiwara…

Tuhan…

Aku takut kehilangan orang-orang yang kusayangi

Aku takut kehilangan perhatian dari mereka

Aku takut kegelapan & kesunyian

Jika hidupku masih panjang

Aku ingin melakukan sesuatu untuk mereka

Meski kecil & nyaris tak berarti

Namun mampu dikenang hingga akhir hayat

Bahkan hingga aku pindah pada dimensi yang lain

PEMUAIAN ZAT DAN PERPINDAHAN KALOR

BAB 5 PEMUAIAN ZAT DAN PERPINDAHAN KALOR

Pemasangan rel kereta api perlu mempertimbangkan pemuaian zat padat. Apabila jarak antara dua rel tidak cukup lebar, rel akan melengkung. Apabila hal ini terjadi, tentu sangat membahayakan keselamatan penumpang. Bagaimanakah peristiwa pemuaian rel seperti tampak pada gambar dapat dijelaskan?

Kata Kunci: pemuaian, koefisien muai panjang, anomali air, konduksi, konveksi, radiasi, konduktor, isolator

                         imperial.ac.uk

Standar Kompetensi	Kompetensi Dasar
Memahami wujud zat dan perubahannya.	3.4 Mendeskripsikan peran kalor dalam mengubah wujud zat dan suhu suatu benda serta penerapannya dalam kehidupan sehari-hari.

Peta Konsep

 

                                         menyebabkan                               selalu berhubungan

                               

                       

                      terdiri

                               perpindahannya

                dibedakan menjadi                                                         dinamakan

  melalui medium                                  melalui  medium

Pendahuluan

Pada umumnya zat akan memuai apabila dipanaskan dan menyusut apabila didinginkan. Dalam kehidupan sehari-hari banyak dijumpai peristiwa pemuaian. Untuk mengantisipasi pemuaian, sambungan rel kereta api perlu diberi celah dengan jarak tertentu. Kabel kawat listrik pada umumnya dipasang kendor pada musim panas sehingga ketika menyusut pada musim dingin kawat tidak putus. Pada siang hari yang sangat panas, petani di sawah sering menutupi ban sepedanya dengan jerami. Gelas sering pecah apabila diisi dengan air mendidih. Bagaimanakah peristiwa-peristiwa ini dapat dijelaskan? Pada bagian ini kalian akan mempelajari konsep pemuaian dan penerapannya dalam kehidupan sehari-hari. Di samping itu, bagian ini juga akan membicarakan proses perpindahan kalor. Apakah perbedaan antara konduksi, konveksi, dan radiasi?

A. Pemuaian Zat

            Kalian telah mempelajari bahwa zat terdiri atas partikel-partikel yang dapat bergerak bebas. Kalian telah mengetahui bahwa ada gaya tarik-menarik antarpartikel. Gaya antarpartikel dalam zat padat dapat digambarkan seperti pegas, sebagaimana tampak pada Gambar 5.1. Setiap partikel zat padat dapat bergetar. Apabila zat padat dipanaskan energi getaran partikel-partikelnya bertambah besar dan jarak antarpartikel menjadi bertambah. Akibatnya, ukuran zat padat menjadi bertambah. Pertambahan ukuran zat akibat pemanasan inilah yang dinamakan pemuaian. Pemuaian dapat terjadi pada zat padat, zat cair, dan gas. Gambar 5.2 menunjukkan penggaris baja yang sama, tetapi memiliki suhu yang berbeda. Perhatikan perubahan setiap bagian penggaris: skala, angka, dan lubang. Semua bagian penggaris bertambah secara berimbang (proporsional).

                                                                                          brantacan.co.uk

Gambar 5.1 Kita dapat menggambarkan gaya-gaya antarpartikel yang berdekatan dalam zat padat dengan menganggap bahwa partikel-partikel itu dihubungkan dengan pegas.

Gambar 5.2 Penggaris yang sama, tetapi memiliki suhu yang berbeda.

1.      Pemuaian Zat Padat

Salah satu peristiwa pemuaian zat padat adalah gelas kosong yang diisi dengan air mendidih menjadi retak. Peristiwa  ini terjadi karena bagian dalam gelas memuai terlebih dahulu daripada bagian luar gelas. Pemuaian zat padat dibedakan menjadi tiga, yaitu: pemuaian panjang, pemuaian luas, dan pemuaian volume.

Pemuaian Panjang

            Apabila zat padat dipanaskan, zat padat itu akan memuai ke segala arah. Artinya, ukuran panjang, luas, dan volumenya menjadi bertambah. Untuk benda padat yang berbentuk batang dengan luas penampang kecil, misalnya jarum jahit, kita hanya dapat memperhatikan pemuaian panjang saja. Untuk mempelajari pemuaian panjang, kalian dapat menggunakan alat yang dinamakan Musschenbroek (Gambar 5.3). Untuk mengetahui prinsip kerja alat Musschenbroek, kalian dapat melakukan Kegiatan 5.1 di bawah ini.

Kegiatan 5.1 Menyelidiki Pemuaian Panjang

 

Alat dan Bahan

Seperangkat alat Musschenbroek, pembakar spiritus, tiga batang logam yang berbeda jenis.

Prosedur Kegiatan

1. Pasanglah ketiga logam pada alat Musschenbroek.
2. Panaskan ketiga logam itu dengan menggunakan pembakar spiritus. Perhatikan perubahan skala yang ditunjukkan oleh masing-masing jarum. Apakah skala yang ditunjukkan oleh setiap jarum sama?
3. Bagaimanakah kesimpulan kalian?

                                                                          geocities.com

Gambar 5.3 Menyelidiki pemuaian zat padat dengan alat Musschenbroek.

            Apabila Kegiatan 5.1 berhasil dengan baik, dengan alat Musschenbroek kalian dapat mengamati bahwa pemuaian panjang ketiga logam berbeda-beda. Misalnya, pemuaian panjang aluminium lebih besar daripada pemuaian panjang baja.

            Untuk menjelaskan pemuaian panjang logam, perhatikan sebatang logam yang panjangnya l₀ pada suhu t₀. Apabila logam itu dipanaskan sampai suhu t₁, panjang logam menjadi l₁ (Gambar 5.4).

                       

                                                               l₀                        Dl

                                                                 l₁

Gambar 5.4 Pertambahan panjang logam.

            Jadi, untuk kenaikan suhu  logam bertambah panjang sebesar  Hasil percobaan menunjukkan bahwa pertambahan panjang zat padat bergantung pada 3 faktor, yaitu:

(1)   panjang mula-mula,

(2)   perubahan suhu, dan

(3)   jenis zat.

Secara matematis, pertambahan panjang zat padat dapat dihitung dengan menggunakan rumus

                                                                                              (5-1)

dengan      : pertambahan panjang,

                                : panjang batang mula-mula,

                               : perubahan suhu,

                                : koefisien muai panjang.

Koefisien muai panjang setiap jenis logam yang berbeda akan memiliki nilai yang berbeda. Jadi, koefisien muai panjang menunjukkan jenis logam. Satuan koefisien muai panjang dapat diperoleh berdasarkan Persamaan (5-1), yaitu:

                       

Dengan demikian,

                       

Jadi, satuan koefisien muai panjang adalah per ^oC atau per K. Tabel 5.1 menunjukkan nilai koefisien muai panjang untuk beberapa jenis zat padat.

Tabel 5.1 Koefisien Muai Panjang Beberapa Jenis Zat Padat.

Jenis Zat Padat	Koefisien Muai Panjang (per oC)
Aluminium	0,000024
Kuningan	0,000020
Tembaga	0,000017
Kaca	0,000009
Invar (paduan besi-nikel)	0,0000009
Kuarsa	0,0000004
Baja	0,000012

Contoh Soal

Sebuah jembatan yang dibuat dari baja pada suhu 30^oC panjangnya 100 m. Berapakah pertambahan panjang baja itu apabila suhunya naik menjadi 60^oC?

Penyelesaian

Panjang baja mula-mula l₀ = 100 m

Pertambahan suhu

Koefisien muai panjang baja  

Dengan menggunakan Persamaan (5-1), diperoleh

Jadi, pertambahan panjang kawat baja adalah

 

Latihan

1. Sebatang rel kereta api yang terbuat dari baja pada suhu 25^oC panjangnya 20 m. Jika koefisien muai panjang baja 0,000012/^oC, berapakah perubahan panjang rel kereta api pada suhu 55^oC?
2. Sebatang logam pada suhu 20^oC panjangnya 100 cm, sedangkan pada suhu 100^oC panjangnya 100,072 cm. Berapakah koefisien muai panjang logam tersebut?

 

Pemuaian Luas

            Apabila zat padat berbentuk pelat dipanaskan, terjadi pemuaian dalam arah panjang dan lebarnya. Dengan kata lain, pelat itu mengalami pemuaian luas. Gambar 5.5 menunjukkan sebuat pelat logam yang pada suhu t₀ panjangnya p₀ dan lebarnya l₀. Jadi luas pelat pada suhu t₀ adalah A₀ = p₀ × l₀. Apabila pelat itu dipanaskan sampai suhu t_, maka panjangnya bertambah sebesar Dp dan lebarnya bertambah sebesar Dl. Dengan demikian, zat padat berbentuk pelat yang dipanaskan akan memuai. Seperti pada pembahasan pemuaian panjang,  pertambahan luas zat padat dapat dihitung dengan menggunakan rumus

                                                                                           (5-2)

dengan                  : pertambahan luas,

                               : luas pelat mula-mula,

                               : perubahan suhu,

                                : koefisien muai luas.

Perlu diketahui, hubungan antara koefisien muai panjang a dan koefisien muai luas b adalah b = 2a.

                                              l                                                                                                   

                                             

                                    

                                          Dl

                                                                      p             D

 

Gambar 5.5 Pemuaian luas.

Pemuaian Volume

            Zat padat yang berbentuk kubus, balok, atau bola apabila dipanaskan volumenya juga akan memuai. Seperti pada pembahasan pemuaian panjang,  pertambahan volume zat padat dapat dihitung dengan menggunakan rumus

                                                                                           (5-3)

dengan                 : pertambahan volume,

                               : volume zat padat mula-mula,

                               : perubahan suhu,

                                 : koefisien muai volume.

Perlu diketahui, hubungan antara koefisien muai panjang a dan koefisien muai volume g  adalah  g = 3a.

 

1. Pemuaian zat padat apabila dipanaskan dimanfaatkan untuk memasang roda pada ban kereta api yang terbuat dari baja. Ban baja yang berukuran sedikit lebih kecil dari rodanya, dipanaskan sehingga volumenya memuai. Akibatnya, lubang tempat roda menjadi bertambah luas sehingga roda dapat dipasang. Ketika ban menjadi dingin, luasnya menyusut sehingga ban dapat mencengkeram roda dengan kokoh.
2. Mengeling adalah menyambung dua pelat logam dengan menggunakan paku keling. Mula-mula paku keling dipanaskan sampai berwarna putih pijar. Selanjutnya, paku dimasukkan ke dalam lubang dua logam yang akan di sambung. Setelah itu, paku dipukul hingga rata dengan pelat. Ketika paku menjadi dingin volumenya menyusut sehingga dapat menjepit dua pelat dengan kuat.
3. Keping bimetal adalah dua logam dengan  koefisien muai panjang berbeda yang direkatkan jadi satu (Gambar 5.6). Bahan logam yang biasa digunakan untuk membuat bimetal adalah perunggu dan invar (logam paduan antara nikel dan baja). Koefisien muai panjang perunggu lebih besar daripada invar. Keping bimetal sangat peka terhadap perubahan suhu. Apabila keping bimetal dipanaskan, keping akan melengkung ke arah logam dengan koefisien muai panjang kecil. Sebaliknya, apabila keping bimetal didinginkan, keping akan melengkung ke arah logam dengan koefisien muai panjang besar. Beberapa alat yang memanfaatkan bimetal, misalnya: termostat, termometer bimetal, saklar, dan lampu sein sepeda motor atau mobil.

                                                                                                           capgo.com

Gambar 5.6 Bimetal.

 

Prinsip kerja termostat dan termometer bimetal telah kalian pelajari di Bab 4. Nah, tugas kalian adalah membuat karya tulis untuk menjelaskan manfaat bimetal pada saklar dan lampu sein pada sepeda motor atau mobil.

Pertanyaan Diskusi

1. Jelaskan pengertian koefisien muai panjang dengan kata-katamu sendiri.
2. Apabila perubahan suhu diubah dari ^oC menjadi K, apakah nilai koefisien muai panjang berubah?

2. Pemuaian Zat Cair

            Sebagaimana telah diuraikan sebelumnya, bentuk zat cair selalu mengikuti bentuk wadahnya. Oleh karena itu, dalam zat cair hanya dikenal pemuaian volume. Kalian telah mempelajari bahwa pemuaian zat cair merupakan prinsip kerja termometer.  Pemuaian zat cair berbeda-beda, tergantung pada jenis zat cair. Untuk memahami hal ini, kalian dapat melakukan Kegiatan 5.2 di bawah ini.

Kegiatan 5.2 Memahami Pemuaian Zat Cair

 

Alat dan Bahan

Tiga labu gelas berpipa yang berukuran sama, bejana, dan tiga jenis zat cair (misalnya, air, minyak, dan alkohol)

Prosedur Percobaan

1. Isilah masing-masing labu gelas dengan air, minyak, dan alkohol. Usahakan ketiga permukaan zat cair tingginya sama.
2. Masukkan ketiga labu gelas ke dalam bejana yang berisi air panas.
3. Beberapa saat kemudian, perhatikan tinggi permukaan zat cair dalam setiap labu gelas. Apakah ketiga zat cair memiliki tinggi permukaan yang sama?
4. Apakah kesimpulan kalian?

Kegiatan 5.2 menunjukkan bahwa setelah labu gelas yang berisi zat cair dimasukkan ke dalam air panas, ternyata tinggi zat cair tidak sama. Artinya, pemuaian zat cair bergantung pada jenis zat cair. Besaran yang membedakan besarnya pemuaian zat adalah koefisien muai volume. Tabel 5.2 menunjukkan koefisien muai volume beberapa zat cair.

Tabel 5.2 Koefisien Muai Volume Beberapa Zat Cair

Jenis Zat Cair	Koefisien Muai Volume (per oC)
Raksa	0,00018
Alkohol metil)	0,00120
Alkohol (etil)	0,00110
Parafin	0,00090
Gliserin	0,00049

            Kalian telah mempelajari bahwa baik zat padat maupun zat cair mengalami pemuaian volume. Akan tetapi, pemuaian volume zat cair biasanya lebih besar daripada pemuaian volume zat padat. Dalam kehidupan sehari-hari kalian dapat menjumpai peristiwa yang menunjukkan bahwa pemuaian zat cair lebih besar daripada pemuaian zat padat. Misalnya, ketika kalian memanaskan air dengan menggunakan teko. Ketika air dan teko dipanaskan, keduanya memuai. Perhatikan bahwa ketika air akan mendidih terdapat air yang tumpah. Hal ini menunjukkan bahwa air (zat cair) memuai lebih besar daripada teko (zat padat). Nah, sekarang coba sebutkan beberapa contoh lain yang menunjukkan bahwa zat cair memuai lebih besar daripada zat padat!

Anomali Air

            Pada umumnya zat akan memuai apabila dipanaskan. Akan tetapi, hal ini tidak berlaku untuk air pada suhu antara 0^oC sampai 4^oC. Apabila air dipanaskan dari suhu 0^oC sampai 4^oC, volume air menyusut dan mencapai volume minimal pada suhu 4^oC. Setelah suhu 4^oC volume air memuai apabila dipanaskan. Perilaku aneh air ini dinamakan anomali air. Anomali sendiri artinya ketidakteraturan. Gambar  5.7 menunjukkan hubungan masa jenis air sebagai fungsi suhu. Sebagaimana telah kalian pelajari, massa jenis zat dinyatakan dengan rumus  Volume air minimal terjadi pada suhu 4^oC. Karena massa air tetap, maka massa jenis air maksimum terjadi pada suhu 4^oC. Ketika air membeku menjadi es, volumenya membesar. Itulah sebabnya es terapung pada permukaan air. Parafin dan bismuth merupakan contoh lain zat yang memiliki sifat anomali seperti air.

                                                                                              pierecollege.com

Gambar 5.7 Grafik massa jenis air sebagai fungsi suhu. Pada suhu 4^oC volume air minimum sehingga massa jenisnya maksimum.

FENOMENA FISIKA

 

            Sifat anomali air memegang peranan penting pada kehidupan hewan dan tumbuhan air selama musim dingin. Ketika air danau atau sungai bersuhu di atas 4^oC dan mulai mendingin karena bersentuhan dengan udara dingin di atasnya, air di permukaan tenggelam karena memiliki massa jenis yang lebih besar. Air yang tenggelam ini digantikan oleh air yang lebih hangat di bawahnya. Proses ini berlangsung terus sampai suhunya mencapai 4^oC. Ketika suhu permukaan danau turun menjadi kurang dari 4^oC, massa jenis air di permukaan lebih kecil daripada massa jenis air di bawahnya. Akibatnya, aliran air ke dasar danau berhenti. Air di permukaan danau tetap terjaga lebih dingin dibandingkan dengan air di bawahnya. Ketika air di permukaan membeku, es terapung karena massa jenis es lebih kecil daripada massa jenis air. Air di dasar danau tetap 4^oC sampai hampir seluruh seluruh air membeku.

            Apabila air berperilaku seperti zat lain, penyusutan akan berlangsung terus ketika terjadi pendinginan sehingga air di dasar danau akan membeku terlebih dahulu. Apabila hal ini terjadi tentu akan membinasakan seluruh hewan dan tumbuhan di dasar danau yang tidak tahan beku. Jadi, dengan adanya sifat anomali air menyebabkan air jarang membeku seluruhnya. Lapisan es di permukaan danau dapat berfungsi sebagai penyekat untuk mengurangi aliran kalor dari air ke udara dingin di atasnya. Sifat anomali air yang sangat menakjubkan ini menyebabkan hewan dan tumbuhan air di daerah dingin tidak punah selama musim dingin akibat membekunya air.

3. Pemuaian Gas

            Sifat gas adalah volume berubah dan selalu mengisi seluruh ruangan. Oleh karena itu, apabila gas dipanaskan volumenya memuai. Untuk menunjukkan bahwa gas memuai apabila dipanaskan, kalian dapat melakukan Kegiatan 5.3 di bawah ini.  

Kegiatan 5.3 Menyelidiki Pemuaian Gas

 

Alat dan Bahan

Botol, karet gelang, balon, dua baskom, air panas dan air dingin secukupnya. 

Prosedur Percobaan

1. Masukkan mulut balon ke dalam mulut botol dan ikatlah dengan karet gelang.
2. Tuangkan air panas ke dalam baskom. Selanjutnya, masukkan bagian bawah botol ke dalam air panas. Setelah ditunggu beberapa saat, apa yang terjadi?
3. Tuangkan air dingin ke dalam baskom. Selanjutnya, pindahkan botol dari panas ke air dingin. Setelah ditunggu beberapa saat, apa yang terjadi?
4. Berdasarkan pengamatan pada langkah 2 dan 3, apakah kesimpulan kalian?

Ketika kalian memasukkan bagian bawah botol ke dalam baskom yang berisi air, udara dalam botol memuai. Akibatnya, balon mengembang. Ketika bagian bawah botol dimasukkan ke dalam baskom yang berisi air dingin, udara dalam botol suhunya turun sehingga volumenya menyusut. Akibatnya, balon kempes. Jadi, Kegiatan 5.3 membuktikan bahwa udara (gas) memuai apabila dipanaskan.

Pengaruh suhu terhadap volume gas dapat juga diselidiki dengan menggunakan alat yang dinamakan dilatometer. Alat ini terdiri atas labu kaca, sumbat karet, dan pipa kapiler panjang yang salah satu ujungnya dimasukkan ke dalam labu kaca melalui sumbat karet. Untuk menggunakan dilatometer, baliklah dilatometer dan masukkan ujung pipa kapiler ke dalam bejana yang berisi air. Berdasarkan sifat pipa kapiler, air akan naik di dalam pipa kapiler. Untuk menaikkan suhu udara dalam labu kaca dapat dilakukan dengan memegang labu kaca dengan telapak tangan. Sambil memegang labu kaca, kalian dapat mengamati perubahan ketinggian air dalam pipa kapiler. Beberapa saat setelah labu kaca dipegang dengan telapak tangan, udara dalam labu suhunya naik dan volumenya memuai. Hal ini ditandai dengan adanya penurunan air dalam pipa kapiler. Bagaimanakah peristiwa ini dapat dijelaskan? Ketika suhu udara dalam labu kaca naik, volumenya membesar sehingga mendesak permukaan air dalam pipa kapiler. Akibatnya, permukaan raksa dalam pipa kapiler turun.

            Hasil percobaan menunjukkan bahwa untuk semua jenis gas memiliki nilai koefisien muai volume yang sama, yaitu   Pemuaian gas dimanfaatkan untuk membuat termometer gas, yaitu termometer yang dapat digunakan untuk mengukur suhu yang sangat rendah. Seperti telah diuraikan pada Bab 4, termometer gas helium pada tekanan rendah mampu mengukur suhu hingga –250^oC. Bahan pengisi termometer gas adalah hidrogen, nitrogen, dan helium.

B. Perpindahan Kalor

Untuk menjaga supaya suhu di dalam lemari es tetap dingin, dinding lemari es dibuat rangkap dua. Kalor dari luar lemari es diusahakan supaya tidak dapat masuk ke dalam ruang pendingin. Hal ini dapat dicegah dengan menggunakan udara yang terletak di antara dinding-dinding lemari es. Bagaimanakah proses terjadinya perpindahan kalor? Mengapa udara mampu menghalangi aliran kalor?

Ada tiga cara perpindahan kalor, yaitu: konduksi, konveksi, dan radiasi. Apakah perbedaan antara konduksi, konveksi, dan radiasi? Pada bagian ini kalian akan mempelajari tiga cara perpindahan kalor itu. Kalian juga akan mempelajari manfaat perpindahan kalor dalam kehidupan sehari-hari.

1. Konduksi

            Ketika kalian memegang salah satu ujung batang tembaga dan meletakkan ujung batang yang lain pada sumber panas, ujung yang dipegang menjadi panas. Peristiwa ini sangat menarik, sebab ujung yang dipegang tidak ada kontak langsung dengan sumber panas. Pada peristiwa ini telah terjadi perpindahan kalor dari ujung batang tembaga yang lebih panas (suhu tinggi) ke ujung lain yang lebih dingin (suhu rendah). Energi kalor dipindahkan melalui interaksi antarpartikel tembaga, meskipun partikel-partikel itu sendiri tidak berpindah. Ketika salah satu ujung tembaga dipanaskan, partikel-partikel yang terletak di ujung yang dipanaskan itu bergetar dengan energi yang lebih besar jika dibandingkan dengan partikel-partikel di ujung yang lebih dingin. Partikel-partikel pada ujung yang panas menabrak partikel-partikel di dekatnya serta memberikan sebagian energinya. Partikel yang terdekat ini kembali menabrak partikel di dekatnya lagi. Proses ini berlangsung di sepanjang batang, sehingga ujung batang yang mula-mula dingin berubah menjadi panas.

            Berdasarkan uraian di atas dapat disimpulkan bahwa kalor dapat berpindah dari satu partikel ke partikel lain tanpa disertai perpindahan partikel itu sendiri. Perpindahan kalor melalui zat tanpa disertai perpindahan partikel-partikel zat dinamakan konduksi. Sebagaimana telah kalian pelajari di depan, jarak antarpartikel zat padat sangat dekat jika dibandingkan dengan zat cair dan gas. Oleh karena itu, perpindahan kalor secara konduksi pada umumnya berlangsung melalui zat padat.

            Kemampuan suatu zat untuk menghantarkan kalor dinamakan daya hantar kalor. Daya hantar kalor zat padat dapat diselidiki dengan alat Ingenhousz (Gambar 5.8). Alat ini terdiri atas sebuah bejana yang dindingnya dapat dipasang beberapa zat padat yang berukuran sama. Ketika digunakan, zat-zat padat dipasang pada tempatnya dan ujung-ujungnya ditetesi lilin. Selanjutnya, Ingenhousz diberi air mendidih. Setelah ditunggu beberapa saat dapat diketahui zat padat yang tetesan lilinnya paling cepat meleleh. Zat padat yang tetesan lilinnya paling cepat meleleh menunjukkan bahwa zat padat itu daya hantar kalornya paling baik. Sebaliknya, zat padat yang tetesan lilinnya paling lama meleleh menunjukkan bahwa zat padat itu daya hantarnya paling jelek. Untuk mengetahui penggunaan alat Ingenhousz, kalian dapat melakukan Kegiatan 5.4 di bawah ini.

                                                                                            physics.kenyon.edu

Gambar 5.8 Alat Ingenhousz untuk menyelidiki daya hantar kalor zat padat.

Kegiatan 5.4 Menyelidiki Daya Hantar Kalor Zat Padat

 

Alat dan Bahan

Seperangkat alat Ingenhousz.

Prosedur Kegiatan

1. Letakkan enam logam yang berukuran sama tetapi berbeda jenis pada lubang-lubang bejana, sehingga salah satu dari setiap ujung logam berada di dalam bejana.
2. Berikan tetesan lilin pada setiap ujung logam yang berada di luar bejana.
3. Tuangkan air mendidih ke dalam bejana. Usahakan setiap logam tercelup dalam air.
4. Setelah ditunggu beberapa saat, perhatikan urutan lilin yang meleleh.
5. Logam manakah yang memiliki daya hantar kalor paling baik? Logam manakah yang memiliki daya hantar kalor paling jelek?

Berdasarkan Kegiatan 5.4 dapat disimpulkan bahwa tembaga adalah logam yang memiliki daya hantar kalor yang baik. Sebaliknya, kayu, kaca, karton, dan plastik adalah zat padat yang memiliki daya hantar jelek. Penghantar kalor yang baik dinamakan konduktor. Sebaliknya, penghantar kalor yang jelek dinamakan isolator. Bahan yang memiliki daya hantar kalor di antara konduktor dan isolator dinamakan semi konduktor.

            Apakah zat cair merupakan penghantar kalor yang baik? Untuk menyelidiki daya hantar kalor zat cair, kalian dapat melakukan Kegiatan 5.5.

Kegiatan 5.5 Menyelidiki Daya Hantar Kalor Zat Cair

 

Alat dan Bahan

Tabung reaksi, statif, pemanas, air dan es secukupnya.

Prosedur Kegiatan

1. Masukkan sepotong es ke dalam tabung reaksi, kemudian isilah tabung reaksi dengan air (Gambar 5.9).
2. Panaskan bagian permukaan air sampai mendidih.
3. Perhatikan keberadaan es di dasar tabung reaksi. Apakah es melebur? Apakah kesimpulanmu?

               

                                                                                             www.gei.ie

Gambar 5.9 Menyelidiki daya hantar kalor pada zat cair.

Berdasarkan Kegiatan 5.5 dapat diketahui bahwa air di permukaan tabung reaksi dapat mendidih, tetapi es di dasar  tabung tidak melebur. Kalor di permukaan air tidak dapat berpindah melalui air ke dasar tabung reaksi. Artinya, air tidak dapat menghantarkan kalor. Dengan demikian, zat cair adalah bahan yang sukar menghantarkan kalor. Zat cair bersifat isolator.

            Bagaimanakah kemampuan gas dalam menghantarkan kalor? Untuk menyelidiki daya hantar kalor gas, kalian dapat melakukan Kegiatan 5.6.

Kegiatan 5.6 Menyelidiki Daya Hantar Kalor Gas

 

Alat dan Bahan

Gelas kimia besar, gelas kimia kecil, karton tebal, dan air mendidih

Prosedur Kegiatan

1. Letakkan karton tebal di dalam gelas kimia yang besar. Selanjutnya, masukkan  gelas kimia kecil ke dalam gelas kimia besar. Jadi, gelas kimia kecil dan gelas kimia besar dipisahkan oleh karton tebal (Gambar 5.10).
2. Tuangkan air mendidih ke dalam gelas kimia kecil. Usahakan air tidak tumpah ke dalam gelas kimia besar.
3. Setelah ditunggu beberapa saat, sentuhlah gelas kimia kecil dan gelas kimia besar. Bagaimanakah perasaanmu? Apakah kesimpulanmu?

Gambar 5.10 Menyelidiki daya hantar kalor pada gas.

            Berdasarkan Kegiatan 5.6 dapat disimpulkan bahwa meskipun dalam gelas kimia besar terdapat sumber panas, tetapi gelas kimia besar  tetap dingin. Kalor dari gelas kimia kecil tidak dapat berpindah ke gelas kimia yang besar, sebab di antara kedua gelas kimia dipisahkan oleh karton tebal dan udara. Jadi, karton dan udara tidak dapat menghantarkan kalor. Dengan kata lain, udara adalah isolator.

 

            Panci dan alat-alat masak yang lain pada umumnya dibuat dari bahan konduktor. Dengan demikian, panas mudah berpindah dari api ke bahan makanan sehingga masakan cepat masak. Mendidihkan air dengan menggunakan panci yang terbuat dari aluminium tentu akan lebih cepat dibandingkan dengan mendidihkan air dengan menggunakan bejana yang dibuat dari tanah liat (gerabah). Hal ini karena aluminium memiliki daya hantar kalor yang lebih baik daripada gerabah.

            Bagian bawah seterika dibuat dari bahan konduktor supaya dapat menghantarkan kalor yang berasal dari energi listrik ke pakaian dengan cepat. Dengan demikian, pakaian menjadi cepat panas sehingga pekerjaan cepat selesai. Akan tetapi, pegangan seterika dibuat dari plastik (isolator) supaya tangan tidak terasa panas.

Fenomena Fisika

 

Mengapa lantai ubin terasa lebih dingin di telapak kaki daripada permadani yang menyelimuti lantai ubin? Ubin merupakan konduktor yang lebih baik daripada permadani. Perpindahan kalor dari kaki menuju permadani tidak dapat berlangsung dengan cepat, sehingga permadani dapat memanaskan telapak kaki lebih lama. Akibatnya, telapak kaki yang menginjak permadani terasa hangat. Sebaliknya, ubin dapat memindahkan kalor lebih cepat daripada permadani. Artinya, ubin dapat mengambil kalor dari telapak kaki lebih banyak. Akibatnya, telapak kaki suhunya lebih cepat turun dan terasa lebih dingin.

2. Konveksi

            Konveksi adalah perpindahan kalor karena gerakan partikel-partikel dalam fluida. Fluida adalah zat yang dapat mengalir. Jadi, zat cair dan gas adalah fluida. Bagaimanakah proses terjadinya konveksi dalam zat cair? Untuk menjawab pertanyaan ini, kalian dapat melakukan Kegiatan 5.7 atau Kegiatan 5.8 di bawah ini.

Kegiatan 5.7 Konveksi dalam Zat Cair

 

Alat dan Bahan

Seperangkat alat konveksi zat cair, serbuk gergaji, pembakar spiritus, dan air.

Prosedur Kegiatan

1. Masukkan sejumlah air dan serbuk gergaji ke dalam alat konveksi (Gambar 5.11).
2. Panaskan salah satu sudut bagian bawah alat konveksi dan tunggu beberapa saat.
3. Apa yang terjadi dengan air dan serbuk gergaji?

                                                                                                  bluffton.edu

Gambar 5.11 Alat konveksi zat cair.

Kegiatan 5.8 Konveksi dalam Zat Cair

 

Alat dan Bahan

Gelas kimia, pipa kaca, pembakar spiritus kristal potasium permanganat, dan air secukupnya.

Prosedur Kegiatan

1. Isilah gelas kimia dengan air sampai hampir penuh (Gambar 5.12).
2. Letakkan kristal potasium permanganat di dasar gelas kimia dengan menggunakan pipa kaca. Untuk menjaga supaya air berwarna yang ada dalam pipa tidak mewarnai air dalam gelas kimia, angkat pipa kaca itu sambil menutup ujung pipa dengan menggunakan telunjuk.
3. Panaskan gelas kimia tepat di bawah kristal potasium permanganat dengan pembakar spiritus.
4. Amati aliran warna dalam air. Kalian dapat mengamati kegiatan ini setelah mengamati satu kali lingkaran warna potasium permanganat.

Gambar 5.12 Aliran konveksi dalam zat cair.

            Berdasarkan Kegiatan 5.7 dan Kegiatan 5.8 tampak bahwa pemanasan menyebabkan serbuk gergaji dan zat warna potasium permanganat bergerak ke atas. Gerak ke atas serbuk gergaji dan zat warna potasium permanganat disebabkan oleh naiknya suhu air. Bagaimanakah peristiwa ini dapat dijelaskan? Kalor dari pembakar spiritus menaikkan suhu air. Akibatnya, volume air memuai dan massa jenis air berkurang. Karena massa jenis air berkurang, air menjadi lebih ringan sehingga air panas bergerak ke atas. Tempat yang ditinggalkan oleh air panas diisi oleh air dingin, sebab air dingin memiliki massa jenis lebih kecil daripada air panas. Jadi, air panas bergerak ke atas dan air dingin bergerak ke bawah. Hal ini tampak dari gerakan serbuk gergaji dan warna potasium permanganat. Pergantian antara air panas dan air dingin berlangsung terus sampai air mendidih.

            Pada Kegiatan 5.5, memanaskan permukaan air dalam tabung reaksi yang dasarnya diberi es tidak terjadi proses konveksi sehingga es tidak dapat melebur. Mengapa demikian? Konveksi hanya terjadi apabila terjadi perbedaan massa jenis. Air panas pada permukaan tabung reaksi tidak dapat menimbulkan aliran kalor ke dasar tabung, sebab air panas di permukaan tabung memiliki massa jenis yang lebih kecil daripada air dingin di bawahnya. Akibatnya, air panas tidak dapat bergerak turun sehingga es tidak dapat melebur.

            Seperti telah disebutkan di depan, peristiwa konveksi terjadi dalam zat cair dan gas. Jadi, konveksi dapat terjadi di udara (Gambar 5.13). Kegiatan 5.9 membuktikan terjadinya proses konveksi di udara.

	Kegiatan 5.9 Konveksi dalam Gas

 

Alat dan Bahan

Seperangkat alat konveksi udara, lilin, dan obat nyamuk bakar

Prosedur Kegiatan

1. Letakkan lilin menyala di bawah salah satu cerobong asap.
2. Bakarlah obat nyamuk dan letakkan di atas cerobong asap yang lain.
3. Perhatikan aliran asap obat nyamuk.
4. Apakah kesimpulanmu?

                      uogelph.ca

Gambar 5.13 Proses konveksi di udara.

Lilin menyala yang diletakkan di bawah cerobong menyebabkan udara panas. Udara panas memiliki massa jenis kecil sehingga bergerak ke atas. Udara dingin (memiliki massa jenis besar) di sekelilingnya mengisi tempat yang ditinggalkan udara panas. Sirkulasi udara ini tampak dari gerakan asap obat nyamuk.

Peristiwa Konveksi dalam Kehidupan Sehari-hari

            Konveksi memegang peranan penting dalam kehidupan sehari-hari. Banyak peristiwa yang dijumpai dalam kehidupan sehari-hari dapat dijelaskan berdasarkan proses konveksi.

a.      Cerobong Lampu Teplok

Nyala lampu teplok yang diberi cerobong kaca ternyata lebih terang daripada nyala lampu teplok tanpa cerobong kaca. Proses pembakaran sumbu lampu teplok bercerobong lebih banyak mendapat oksigen. Nyala lampu menyebabkan suhu udara di atasnya naik sehingga udara panas akan meninggalkan cerobong. Udara dingin yang banyak mengandung oksigen akan mengisi daerah yang ditinggalkan oleh udara panas melalui bagian bawah cerobong kaca. Jadi, nyala lampu menjadi terang karena mendapat banyak oksigen.

b.      Sistem Ventilasi di Rumah

Konveksi udara secara alami terjadi pada sistem ventilasi rumah (Gambar 5.14). Udara panas di dalam rumah bergerak ke atas dan keluar melalui lubang ventilasi. Tempat yang ditinggalkan udara panas ini kemudian diisi oleh udara dingin di sekitarnya. Akibatnya, di dalam rumah terjadi proses sirkulasi udara sehingga di dalam rumah terasa nyaman.

Gambar 5.14 Sistem ventilasi udara.

c.  Angin Laut dan Angin Darat

            Pada siang hari daratan dan lautan menerima kalor yang berasal dari matahari. Karena kalor jenis air laut lebih besar daripada kalor jenis tanah (daratan), sehingga kenaikan suhu air laut lebih rendah daripada kenaikan suhu daratan. Akibatnya, suhu udara di atas permukaan laut lebih kecil daripada suhu udara di daratan. Dengan kata lain, udara di atas daratan lebih panas daripada udara di atas permukaan laut. Dengan demikian, udara di atas lebih ringan sehingga bergerak ke atas. Tempat udara yang ditinggalkan ini kemudian diisi oleh udara dingin yang berasal dari laut. Jadi, pada siang hari terjadi angin laut: angin yang berasal dari laut menuju ke darat (Gambar 5.15a).

            Pada malam hari udara di atas permukaan laut lebih panas daripada udara di atas daratan. Akibatnya, udara di atas permukaan laut bergerak naik dan tempatnya diisi oleh udara dingin yang berasal dari daratan. Jadi, pada malam hari terjadi angin darat: angin yang berasal dari darat ke laut (Gambar 5.15b).

            Angin darat yang terjadi malam hari sering dimanfaatkan oleh para nelayan untuk pergi ke laut untuk menangkap ikan. Sebaliknya, angin laut yang terjadi pada siang hari dimanfaatkan oleh para nelayan untuk kembali ke darat. Dengan demikian, apabila ingin mencari ikan segar hasil tangkapan para nelayan kalian harus menunggu datangnya nelayan dari laut lepas di siang hari.

                        (a)                   

                             

                       (b)

                       

                                                                                                        energyquest.ca.gov

Gambar 5.15 (a) Angin laut pada siang hari dan (b) angin darat pada malam hari.

Pertanyaan Diskusi

1.      Jika kalian membakar sampah, asap bergerak ke atas. Mengapa demikian?

2.      Jelaskan prinsip kerja cerobong asap di pabrik-pabrik.

Science, Technology, and Society

 

3. Radiasi

            Ketika kalian berkemah dan membuat api unggun, bagaimanakah caranya panas api unggun itu sampai ke tubuh kalian sehingga terasa hangat? Panas yang berasal dari api ungun sampai ke tubuh kalian jelas tidak melalui konveksi. Seperti telah diuraikan di depan, udara panas yang ditimbulkan oleh api unggun tidak menyebar ke arah horizontal, melainkan bergerak ke atas. Hal ini terjadi karena udara panas massa jenisnya kecil, sehingga bergerak ke atas. Panas api unggun sampai ke tubuh kalian juga tidak melalui konduksi, sebab tidak ada zat padat yang menghubungkan antara api unggun dan tubuh kalian. Jadi, panas api unggun sampai ke tubuh kalian tidak melalui zat perantara. Nah, perpindahan kalor tanpa melalui zat perantara dinamakan radiasi atau pancaran.

            Panas matahari sampai ke permukaan bumi juga melalui proses radiasi atau pancaran. Untuk sampai ke permukaan bumi matahari harus melalui jarak ribuan kilometer. Meskipun di atmosfer terdapat ruang hampa udara, ternyata panas matahari tetap sampai ke permukaan bumi. Jadi, radiasi matahari dapat melewati ruang hampa. Radiasi matahari  dapat melewati ruang hampa karena energi panas matahari dipancarkan dalam bentuk gelombang elektromagnetik.

            Apabila suatu zat menerima kalor yang berasal dari proses radiasi,  kalor itu akan diteruskan, dipantulkan, atau diserap oleh zat itu. Setiap zat memiliki kemampuan yang berbeda-beda dalam meneruskan, memantulkan, dan menyerap kalor yang diterima. Ada beberapa zat yang dapat menjadi panas apabila menerima kalor. Sebaliknya, ada beberapa zat yang tidak dapat menjadi panas apabila menerima kalor. Zat yang dapat menjadi panas apabila menerima panas dinamakan aterman, misalnya udara. Zat yang tidak menjadi panas apabila menerima panas dinamakan diaterman, misalnya ruang hampa.

            Seperti telah disebutkan di atas, setiap zat memiliki kemampuan yang berbeda-beda dalam menyerap kalor yang diterimanya. Untuk menyelidiki kemampuan zat menyerap atau memancarkan kalor dapat digunakan alat yang dinamakan  termoskop (Gambar 5.16). Ada dua macam termoskop, yaitu:

1. termoskop dengan dua bola kaca, berwarna hitam dan berwarna bening, berfungsi untuk menyelidiki kemampuan benda menyerap kalor;
2. termoskop dengan dua bola kaca bening yang dilengkapi dengan kubus leslie, berfungsi untuk menyelidiki kemampuan benda memancarkan kalor.

Bola-bola kaca pada termoskop dihubungkan dengan pipa kaca yang di dalamnya berisi alkohol. Kubus leslie adalah suatu kubus yang setiap sisi dinding luarnya memiliki warna-warna yang berbeda (Gambar 5.17). Beberapa warna yang sering digunakan adalah putih mengkilap, hitam kusam, kuning, dan merah.

Untuk menyelidiki kemampuan benda menyerap kalor, kalian dapat melakukan Kegiatan 5.10 di bawah ini.

Kegiatan 5.10 Menyelidiki Kemampuan Zat Menyerap Kalor

 

Alat dan Bahan

Termoskop dengan dua kaca berbeda warna dan lilin

Prosedur Kegiatan

1. Letakkan lilin menyala di antara dua bola kaca termoskop.
2. Setelah ditunggu beberapa saat, perhatikan tinggi permukaan alkohol pada pipa kaca.
3. Apakah kesimpulan kalian?

                   inpr.fr

Gambar 5.16 Termoskop untuk menyelidiki kemampuan zat menyerap kalor.

Berdasarkan Kegiatan 5.10, setelah lilin dipasang, tampak bahwa permukaan alkohol pada pipa di bawah bola kaca berwarna hitam ternyata lebih rendah daripada permukaan alkohol pada pipa kaca di bawah bola berwarna bening. Turunnya permukaan alkohol di bawah bola kaca berwarna hitam ini disebabkan oleh pemuaian udara di atasnya. Hal ini terjadi karena pemuaian udara di dalam bola kaca berwarna hitam. Bola kaca berwarna hitam lebih banyak menyerap kalor daripada bola kaca berwarna bening. Akibatnya, udara dalam bola kaca berwarna hitam pemuaiannya lebih besar daripada udara dalam bola kaca berwarna bening. Berdasarkan Kegiatan 5.10 dapat disimpulkan bahwa benda berwarna hitam (gelap) lebih banyak menyerap kalor daripada benda berwarna bening.

            Untuk menyelidiki kemampuan benda memancarkan kalor, kalian dapat melakukan Kegiatan 5.11 di bawah ini.

Kegiatan 5.11 Menyelidiki Kemampuan Benda Memancarkan Kalor

 

Alat dan Bahan

Termoskop dengan dua bola kaca berwarna bening dan kubus leslie

Prosedur Kegiatan

1. Letakkan kubus leslie di antara dua bola kaca termoskop.
2. Tuangkan air panas ke dalam kubus leslie
3. Setelah ditunggu beberapa saat, perhatikan tinggi permukaan alkohol pada pipa kaca.
4. Apakah kesimpulan kalian?

Hasil Kegiatan 5.11 menunjukkan bahwa permukaan alkohol yang berhubungan dengan bola kaca yang berhadapan dengan dinding kubus leslie warna terang (putih mengkilap) ternyata lebih tinggi daripada permukaan alkohol pada pipa di sebelahnya. Artinya, udara dalam bola kaca yang berhadapan dengan dinding kubus leslie berwarna hitam memuai lebih besar.  Jadi, benda yang permukaannya berwarna hitam lebih banyak memancarkan kalor daripada benda yang permukaannya putih mengkilap.

Gambar 5.17 Kubus leslie.

            Berdasarkan Kegiatan 5.10 dan Kegiatan 5.11 dapat disimpulkan sebagai berikut.

• Benda yang permukaannya hitam merupakan penyerap sekaligus pemancar kalor yang baik.
• Benda yang permukaannya putih merupakan penyerap sekaligus pemancar kalor yang buruk.

	Science, Technology, and Society

 

1. Seragam Anak Sekolah: Baju  Berwarna Putih

Tahukah alasannya mengapa pakaian seragam anak-anak sekolah bajunya berwarna putih? Pertanyaan ini dapat dijelaskan dengan menggunakan ilmu fisika. Indonesia dilalui oleh garis katulistiwa, sehingga Indonesia berhawa panas. Seperti telah diuraikan di atas, warna putih merupakan penyerap sekaligus pemancar kalor paling buruk. Jadi, panas matahari sukar diserap oleh warna putih. Akibatnya, dengan menggunakan warna putih anak-anak sekolah menjadi terasa lebih nyaman. Kalian bisa membayangkan, betapa gerahnya apabila baju seragam sekolah berwarna hitam!  

2. Microwave Oven

Perpindahan kalor secara  radiasi dapat digunakan untuk menjelaskan prinsip kerja alat untuk memasak yang dikenal sebagai microwave oven (Gambar 5.18). Microwave atau gelombang mikro merupakan salah satu jenis radiasi elektromagnetik yang dapat diserap oleh molekul-molekul air. Dalam microwave oven, gelombang mikro didistribusikan dari logam yang berputar serta logam pada dinding-dindingnya. Gelombang mikro mampu menembus plastik pembungkus makanan atau piring sehingga dapat diserap oleh molekul-molekul air dalam makanan. Penyerapan gelombang mikro ini menyebabkan makanan menjadi panas dan menjadi matang.

                                                                                                                  merrietta.edu

Gambar 5.18 Microwave oven.

 

Akhir-akhir ini kita sering mendengar istilah efek rumah kaca, yaitu gejala fisika yang berhubungan dengan radiasi matahari. Nah, tugas kalian adalah membuat karya tulis yang menjelaskan efek rumah kaca. Jelaskan faktor-faktor yang menyebabkan terjadi efek rumah kaca. Di samping itu, jelaskan pula dampak positif dan dampak negatif yang ditimbulkannya. Untuk mencari bahan bacaan, kalian dapat menggunakan internet.

RANGKUMAN

Ø  Pemuaian adalah pertambahan ukuran zat akibat pemanasan.

Ø  Musschenbroek adalah alat yang digunakan untuk mempelajari pemuaian panjang.

Ø  Pertambahan panjang zat padat dapat dihitung dengan menggunakan rumus

                       

                                                                       

dengan  adalah pertambahan panjang, adalah panjang zat padat mula-mula,  adalah perubahan suhu, dan  adalah koefisien muai panjang.

Ø  Apabila air dipanaskan dari suhu 0^oC sampai 4^oC, volume air menyusut dan mencapai volume minimal pada suhu 4^oC. Peristiwa ini dinamakan anomali air.

Ø  Volume air minimal terjadi pada suhu 4^oC. Oleh karena itu, massa jenis air maksimum terjadi pada suhu 4^oC.

Ø  Parafin dan bismuth merupakan dua zat yang memiliki sifat anomali.

Ø  Dilatometer adalah alat yang digunakan untuk mengetahui pengaruh suhu terhadap volume gas.

Ø  Semua jenis gas memiliki nilai koefisien muai volume yang sama, yaitu  

Ø  Perpindahan kalor melalui zat tanpa disertai perpindahan partikel-partikel zat dinamakan konduksi. Konduksi terjadi dalam zat padat.

Ø  Ingenhousz  adalah yang digunakan untuk menyelidiki daya hantar kalor zat padat.

Ø  Penghantar kalor yang baik dinamakan konduktor. Sebaliknya, penghantar kalor yang jelek dinamakan isolator. Bahan yang memiliki daya hantar kalor di antara konduktor dan isolator dinamakan semi konduktor.

Ø  Konveksi adalah perpindahan kalor karena gerakan partikel-partikel dalam fluida. Konveksi dapat terjadi dalam zat cair dan gas.

Ø  Radiasi adalah perpindahan kalor tanpa melalui zat perantara.

SOAL-SOAL

A.    Pilihan Ganda

Petunjuk: Pilihlah satu jawaban yang tepat!

1.      Sebatang logam pada suhu 0^oC panjangnya 1 m. Jika koefisien muai panjang logam 0,0005/^oC, maka panjang logam pada suhu 30^oC adalah ….

A.                            101,5 cm                                             C. 113,5 cm

B.                             105,3 cm                                             D. 115,6 cm

2.      Sebatang tembaga dengan panjang 10 m dipanaskan hingga mencapai kenaikan suhu 20^oC. Koefisien muai panjang tembaga 0,000017/^oC. Pertambahan panjang tembaga adalah ….

A.                            1,034 m                                               C. 0,0034 m

B.                             0,034 m                                               D. 1,0034 m

3.      Berikut ini beberapa cara untuk mengatasi masalah pemuaian, kecuali:

A.                            gelas dari dalam lemari es tidak langsung diisi dengan air panas

B.                             memompa ban sepeda hingga tekanannya maksimum

C.                             membuat celah pada sambungan rel kereta api

D.                            membuat celah pada ujung jembatan

4.      Pertambahan panjang sebatang logam tidak tergantung pada ….

A.                            koefisien muai panjang

B.                             panjang mula-mula

C.                             kenaikan suhu

D.                            massa logam

5.      Jika air dengan suhu 15^oC dipanaskan hingga mencapai suhu 75^oC, maka ….

A.                            massa jenis air turun                            C. massa air turun

B.                             massa jenis air naik                              D. massa air naik

6.      Sifat anomali air menunjukkan bahwa massa jenis air ….

A.                terbesar pada suhu 4^oC

B.                 terkecil pada suhu 4^oC

C.                 berkurang apabila dipanaskan

D.                bertambah apabila didinginkan

7.      Sebatang logam yang panjangnya 100 cm memiliki koefisien muai panjang 0,00002/^oC. Apabila logam dipanaskan sehingga terjadi kenaikan suhu 50^oC akan terjadi pertambahan panjang sebesar ….

A.                            0,10 cm                                               C. 1,001 cm

B.                             0,15 cm                                               D. 0,001 cm

8.      Apabila sejumlah air didinginkan dari 10^oC menjadi 0^oC, volumenya akan ….

A.                            bertambah

B.                             berkurang

C.                             bertambah kemudian berkurang

D.                            berkurang kemudian bertambah

9.      Apabila sebatang keping bimetal dipanaskan, maka bimetal akan melengkung ke arah logam yang memiliki ….

A.    massa jenis lebih besar

B.     massa jenis lebih kecil

C.     koefisien muai panjang lebih besar

D.    koefisien muai panjang lebih kecil

10.  Sebatang logam dengan koefisien muai panjang a mula-mula panjangnya l₀. Apabila logam itu dipanasi sehingga terjadi kenaikan suhu Dt, maka pertambahan panjang logam dapat dihitung dengan rumus ….

      A.                                            C.

B.                                    D.

11.  Panci yang diisi air sampai penuh, ternyata ada sebagian air yang tumpah apabila dipanaskan. Hal ini menunjukkan bahwa ….

A.                            koefisien muai volume air lebih kecil daripada koefisien muai volume panci

B.                             koefisien muai volume air lebih besar daripada koefisien muai volume panci

C.                             massa jenis panci lebih besar daripada massa jenis air

D.                            koefisien muai panjang panci lebih besar daripada koefisien muai volume air

12.  Permukaan raksa dalam termometer naik jika suhunya makin tinggi. Hal ini disebabkan oleh ….

1. raksa memuai, sedangkan kaca tidak
2. koefisien muai raksa lebih besar daripada kaca
3. koefisien muai raksa lebih kecil daripada kaca
4. kaca adalah penghantar panas yang baik

13.  Perpindahan kalor melalui zat tanpa disertai perpindahan partikel-partikel zat dinamakan ….

A.                            konduksi                                                         C. radiasi

B.                             konveksi                                                          D. induksi

14.  Perpindahan kalor yang dapat terjadi pada ruang hampa adalah ….

A.    konduksi                                                         C. radiasi

B.     konveksi                                                          D. induksi

15.  Pakaian warna hitam apabila dijemur akan lebih cepat kering daripada pakaian warna putih. Hal ini disebabkan karena ….

A.    warna putih tidak dapat menyerap kalor

B.     warna putih sangat mudah menyerap kalor

C.     warna hitam sangat mudah menyerap kalor

D.    warna hitam memiliki kalor jenis yang tinggi

B. Uraian

Petunjuk: Kerjakan soal-soal di bawah ini!

Tingkat I

Pemuian Zat

1. Semua bahan akan memuai apabila dipanaskan. Benarkah pernyataan ini? Jelaskan.
2. Massa jenis air paling kecil pada suhu 4^oC. Benarkah pernyataan ini? Jelaskan.
3. Koefisien muai panjang baja adalah a = 0,000012/^oC. Apakah artinya?
4. Sebuah penggaris baja (a = 0,000012/^oC) pada suhu 30^oC panjangnya 100 cm. Berapakah panjang baja pada suhu 100^oC?
5. Sebatang tembaga (a = 0,000017/^oC) pada suhu 20^oC panjangnya 80 cm. Berapakah pertambahan panjang tembaga apabila dipanaskan sampai suhu 100^oC?
6. Air dengan suhu 0^oC apabila dipanaskan sampai suhu 3^oC volume bertambah besar. Benarkah pernyataan ini? Jelaskan.
7. Sebuah cincin baja dipanaskan dari 20^oC sampai 80^oC. Apakah lubang cincin akan membesar atau mengecil? Jelaskan.
8. Apakah yang dimaksud dengan anomali air? Jelaskan.
9. Apakah yang dimaksud bimetal? Jelaskan.
10. Mengapa kaca jendela yang bingkainya dibuat dari kayu ketika hujan deras tiba-tiba pecah?

Perpindahan Kalor

11. Apakah perbedaan antara konduktor dan  isolator?
12. Jelaskan perbedaan antara konduksi, konveksi, dan radiasi ditinjau gerak partikel-partikelnya dalam zat.
13. Dapatkah cahaya matahari memasuki ruang hampa udara? Jelaskan.

Tingkat II

14. Sebuah cincin baja pada suhu 25^oC memiliki jari-jari 5 cm. Cincin itu akan dipasang pada sebuah bingkai yang jari-jarinya 5,02 cm. Jika koefisien muai panjang baja 0,000012/^oC, sampai suhu berapakah cincin harus dipanaskan supaya dapat masuk pada bingkainya?
15. Suatu bejana gelas dengan volume 100 cm³ pada suhu 30^oC diisi alkohol sampai penuh. Jika bejana itu dipanaskan sampai suhu 80^oC adakah alkohol yang tumpah? (koefisien muai panjang gelas 0,000009/^oC, koefisien muai volume alkohol 0,00120/^oC).

BAB 5 PEMUAIAN ZAT DAN PERPINDAHAN KALOR

Pemasangan rel kereta api perlu mempertimbangkan pemuaian zat padat. Apabila jarak antara dua rel tidak cukup lebar, rel akan melengkung. Apabila hal ini terjadi, tentu sangat membahayakan keselamatan penumpang. Bagaimanakah peristiwa pemuaian rel seperti tampak pada gambar dapat dijelaskan?

Kata Kunci: pemuaian, koefisien muai panjang, anomali air, konduksi, konveksi, radiasi, konduktor, isolator

                         imperial.ac.uk

Standar Kompetensi	Kompetensi Dasar
Memahami wujud zat dan perubahannya.	3.4 Mendeskripsikan peran kalor dalam mengubah wujud zat dan suhu suatu benda serta penerapannya dalam kehidupan sehari-hari.

Peta Konsep

 

                                         menyebabkan                               selalu berhubungan

                               

                       

                      terdiri

                               perpindahannya

                dibedakan menjadi                                                         dinamakan

  melalui medium                                  melalui  medium

Pendahuluan

Pada umumnya zat akan memuai apabila dipanaskan dan menyusut apabila didinginkan. Dalam kehidupan sehari-hari banyak dijumpai peristiwa pemuaian. Untuk mengantisipasi pemuaian, sambungan rel kereta api perlu diberi celah dengan jarak tertentu. Kabel kawat listrik pada umumnya dipasang kendor pada musim panas sehingga ketika menyusut pada musim dingin kawat tidak putus. Pada siang hari yang sangat panas, petani di sawah sering menutupi ban sepedanya dengan jerami. Gelas sering pecah apabila diisi dengan air mendidih. Bagaimanakah peristiwa-peristiwa ini dapat dijelaskan? Pada bagian ini kalian akan mempelajari konsep pemuaian dan penerapannya dalam kehidupan sehari-hari. Di samping itu, bagian ini juga akan membicarakan proses perpindahan kalor. Apakah perbedaan antara konduksi, konveksi, dan radiasi?

A. Pemuaian Zat

            Kalian telah mempelajari bahwa zat terdiri atas partikel-partikel yang dapat bergerak bebas. Kalian telah mengetahui bahwa ada gaya tarik-menarik antarpartikel. Gaya antarpartikel dalam zat padat dapat digambarkan seperti pegas, sebagaimana tampak pada Gambar 5.1. Setiap partikel zat padat dapat bergetar. Apabila zat padat dipanaskan energi getaran partikel-partikelnya bertambah besar dan jarak antarpartikel menjadi bertambah. Akibatnya, ukuran zat padat menjadi bertambah. Pertambahan ukuran zat akibat pemanasan inilah yang dinamakan pemuaian. Pemuaian dapat terjadi pada zat padat, zat cair, dan gas. Gambar 5.2 menunjukkan penggaris baja yang sama, tetapi memiliki suhu yang berbeda. Perhatikan perubahan setiap bagian penggaris: skala, angka, dan lubang. Semua bagian penggaris bertambah secara berimbang (proporsional).

                                                                                          brantacan.co.uk

Gambar 5.1 Kita dapat menggambarkan gaya-gaya antarpartikel yang berdekatan dalam zat padat dengan menganggap bahwa partikel-partikel itu dihubungkan dengan pegas.

Gambar 5.2 Penggaris yang sama, tetapi memiliki suhu yang berbeda.

1.      Pemuaian Zat Padat

Salah satu peristiwa pemuaian zat padat adalah gelas kosong yang diisi dengan air mendidih menjadi retak. Peristiwa  ini terjadi karena bagian dalam gelas memuai terlebih dahulu daripada bagian luar gelas. Pemuaian zat padat dibedakan menjadi tiga, yaitu: pemuaian panjang, pemuaian luas, dan pemuaian volume.

Pemuaian Panjang

            Apabila zat padat dipanaskan, zat padat itu akan memuai ke segala arah. Artinya, ukuran panjang, luas, dan volumenya menjadi bertambah. Untuk benda padat yang berbentuk batang dengan luas penampang kecil, misalnya jarum jahit, kita hanya dapat memperhatikan pemuaian panjang saja. Untuk mempelajari pemuaian panjang, kalian dapat menggunakan alat yang dinamakan Musschenbroek (Gambar 5.3). Untuk mengetahui prinsip kerja alat Musschenbroek, kalian dapat melakukan Kegiatan 5.1 di bawah ini.

Kegiatan 5.1 Menyelidiki Pemuaian Panjang

 

Alat dan Bahan

Seperangkat alat Musschenbroek, pembakar spiritus, tiga batang logam yang berbeda jenis.

Prosedur Kegiatan

1. Pasanglah ketiga logam pada alat Musschenbroek.
2. Panaskan ketiga logam itu dengan menggunakan pembakar spiritus. Perhatikan perubahan skala yang ditunjukkan oleh masing-masing jarum. Apakah skala yang ditunjukkan oleh setiap jarum sama?
3. Bagaimanakah kesimpulan kalian?

                                                                          geocities.com

Gambar 5.3 Menyelidiki pemuaian zat padat dengan alat Musschenbroek.

            Apabila Kegiatan 5.1 berhasil dengan baik, dengan alat Musschenbroek kalian dapat mengamati bahwa pemuaian panjang ketiga logam berbeda-beda. Misalnya, pemuaian panjang aluminium lebih besar daripada pemuaian panjang baja.

            Untuk menjelaskan pemuaian panjang logam, perhatikan sebatang logam yang panjangnya l₀ pada suhu t₀. Apabila logam itu dipanaskan sampai suhu t₁, panjang logam menjadi l₁ (Gambar 5.4).

                       

                                                               l₀                        Dl

                                                                 l₁

Gambar 5.4 Pertambahan panjang logam.

            Jadi, untuk kenaikan suhu  logam bertambah panjang sebesar  Hasil percobaan menunjukkan bahwa pertambahan panjang zat padat bergantung pada 3 faktor, yaitu:

(1)   panjang mula-mula,

(2)   perubahan suhu, dan

(3)   jenis zat.

Secara matematis, pertambahan panjang zat padat dapat dihitung dengan menggunakan rumus

                                                                                              (5-1)

dengan      : pertambahan panjang,

                                : panjang batang mula-mula,

                               : perubahan suhu,

                                : koefisien muai panjang.

Koefisien muai panjang setiap jenis logam yang berbeda akan memiliki nilai yang berbeda. Jadi, koefisien muai panjang menunjukkan jenis logam. Satuan koefisien muai panjang dapat diperoleh berdasarkan Persamaan (5-1), yaitu:

                       

Dengan demikian,

                       

Jadi, satuan koefisien muai panjang adalah per ^oC atau per K. Tabel 5.1 menunjukkan nilai koefisien muai panjang untuk beberapa jenis zat padat.

Tabel 5.1 Koefisien Muai Panjang Beberapa Jenis Zat Padat.

Jenis Zat Padat	Koefisien Muai Panjang (per oC)
Aluminium	0,000024
Kuningan	0,000020
Tembaga	0,000017
Kaca	0,000009
Invar (paduan besi-nikel)	0,0000009
Kuarsa	0,0000004
Baja	0,000012

Contoh Soal

Sebuah jembatan yang dibuat dari baja pada suhu 30^oC panjangnya 100 m. Berapakah pertambahan panjang baja itu apabila suhunya naik menjadi 60^oC?

Penyelesaian

Panjang baja mula-mula l₀ = 100 m

Pertambahan suhu

Koefisien muai panjang baja  

Dengan menggunakan Persamaan (5-1), diperoleh

Jadi, pertambahan panjang kawat baja adalah

 

Latihan

1. Sebatang rel kereta api yang terbuat dari baja pada suhu 25^oC panjangnya 20 m. Jika koefisien muai panjang baja 0,000012/^oC, berapakah perubahan panjang rel kereta api pada suhu 55^oC?
2. Sebatang logam pada suhu 20^oC panjangnya 100 cm, sedangkan pada suhu 100^oC panjangnya 100,072 cm. Berapakah koefisien muai panjang logam tersebut?

 

Pemuaian Luas

            Apabila zat padat berbentuk pelat dipanaskan, terjadi pemuaian dalam arah panjang dan lebarnya. Dengan kata lain, pelat itu mengalami pemuaian luas. Gambar 5.5 menunjukkan sebuat pelat logam yang pada suhu t₀ panjangnya p₀ dan lebarnya l₀. Jadi luas pelat pada suhu t₀ adalah A₀ = p₀ × l₀. Apabila pelat itu dipanaskan sampai suhu t_, maka panjangnya bertambah sebesar Dp dan lebarnya bertambah sebesar Dl. Dengan demikian, zat padat berbentuk pelat yang dipanaskan akan memuai. Seperti pada pembahasan pemuaian panjang,  pertambahan luas zat padat dapat dihitung dengan menggunakan rumus

                                                                                           (5-2)

dengan                  : pertambahan luas,

                               : luas pelat mula-mula,

                               : perubahan suhu,

                                : koefisien muai luas.

Perlu diketahui, hubungan antara koefisien muai panjang a dan koefisien muai luas b adalah b = 2a.

                                              l                                                                                                   

                                             

                                    

                                          Dl

                                                                      p             D

 

Gambar 5.5 Pemuaian luas.

Pemuaian Volume

            Zat padat yang berbentuk kubus, balok, atau bola apabila dipanaskan volumenya juga akan memuai. Seperti pada pembahasan pemuaian panjang,  pertambahan volume zat padat dapat dihitung dengan menggunakan rumus

                                                                                           (5-3)

dengan                 : pertambahan volume,

                               : volume zat padat mula-mula,

                               : perubahan suhu,

                                 : koefisien muai volume.

Perlu diketahui, hubungan antara koefisien muai panjang a dan koefisien muai volume g  adalah  g = 3a.

 

1. Pemuaian zat padat apabila dipanaskan dimanfaatkan untuk memasang roda pada ban kereta api yang terbuat dari baja. Ban baja yang berukuran sedikit lebih kecil dari rodanya, dipanaskan sehingga volumenya memuai. Akibatnya, lubang tempat roda menjadi bertambah luas sehingga roda dapat dipasang. Ketika ban menjadi dingin, luasnya menyusut sehingga ban dapat mencengkeram roda dengan kokoh.
2. Mengeling adalah menyambung dua pelat logam dengan menggunakan paku keling. Mula-mula paku keling dipanaskan sampai berwarna putih pijar. Selanjutnya, paku dimasukkan ke dalam lubang dua logam yang akan di sambung. Setelah itu, paku dipukul hingga rata dengan pelat. Ketika paku menjadi dingin volumenya menyusut sehingga dapat menjepit dua pelat dengan kuat.
3. Keping bimetal adalah dua logam dengan  koefisien muai panjang berbeda yang direkatkan jadi satu (Gambar 5.6). Bahan logam yang biasa digunakan untuk membuat bimetal adalah perunggu dan invar (logam paduan antara nikel dan baja). Koefisien muai panjang perunggu lebih besar daripada invar. Keping bimetal sangat peka terhadap perubahan suhu. Apabila keping bimetal dipanaskan, keping akan melengkung ke arah logam dengan koefisien muai panjang kecil. Sebaliknya, apabila keping bimetal didinginkan, keping akan melengkung ke arah logam dengan koefisien muai panjang besar. Beberapa alat yang memanfaatkan bimetal, misalnya: termostat, termometer bimetal, saklar, dan lampu sein sepeda motor atau mobil.

                                                                                                           capgo.com

Gambar 5.6 Bimetal.

 

Prinsip kerja termostat dan termometer bimetal telah kalian pelajari di Bab 4. Nah, tugas kalian adalah membuat karya tulis untuk menjelaskan manfaat bimetal pada saklar dan lampu sein pada sepeda motor atau mobil.

Pertanyaan Diskusi

1. Jelaskan pengertian koefisien muai panjang dengan kata-katamu sendiri.
2. Apabila perubahan suhu diubah dari ^oC menjadi K, apakah nilai koefisien muai panjang berubah?

2. Pemuaian Zat Cair

            Sebagaimana telah diuraikan sebelumnya, bentuk zat cair selalu mengikuti bentuk wadahnya. Oleh karena itu, dalam zat cair hanya dikenal pemuaian volume. Kalian telah mempelajari bahwa pemuaian zat cair merupakan prinsip kerja termometer.  Pemuaian zat cair berbeda-beda, tergantung pada jenis zat cair. Untuk memahami hal ini, kalian dapat melakukan Kegiatan 5.2 di bawah ini.

Kegiatan 5.2 Memahami Pemuaian Zat Cair

 

Alat dan Bahan

Tiga labu gelas berpipa yang berukuran sama, bejana, dan tiga jenis zat cair (misalnya, air, minyak, dan alkohol)

Prosedur Percobaan

1. Isilah masing-masing labu gelas dengan air, minyak, dan alkohol. Usahakan ketiga permukaan zat cair tingginya sama.
2. Masukkan ketiga labu gelas ke dalam bejana yang berisi air panas.
3. Beberapa saat kemudian, perhatikan tinggi permukaan zat cair dalam setiap labu gelas. Apakah ketiga zat cair memiliki tinggi permukaan yang sama?
4. Apakah kesimpulan kalian?

Kegiatan 5.2 menunjukkan bahwa setelah labu gelas yang berisi zat cair dimasukkan ke dalam air panas, ternyata tinggi zat cair tidak sama. Artinya, pemuaian zat cair bergantung pada jenis zat cair. Besaran yang membedakan besarnya pemuaian zat adalah koefisien muai volume. Tabel 5.2 menunjukkan koefisien muai volume beberapa zat cair.

Tabel 5.2 Koefisien Muai Volume Beberapa Zat Cair

Jenis Zat Cair	Koefisien Muai Volume (per oC)
Raksa	0,00018
Alkohol metil)	0,00120
Alkohol (etil)	0,00110
Parafin	0,00090
Gliserin	0,00049

            Kalian telah mempelajari bahwa baik zat padat maupun zat cair mengalami pemuaian volume. Akan tetapi, pemuaian volume zat cair biasanya lebih besar daripada pemuaian volume zat padat. Dalam kehidupan sehari-hari kalian dapat menjumpai peristiwa yang menunjukkan bahwa pemuaian zat cair lebih besar daripada pemuaian zat padat. Misalnya, ketika kalian memanaskan air dengan menggunakan teko. Ketika air dan teko dipanaskan, keduanya memuai. Perhatikan bahwa ketika air akan mendidih terdapat air yang tumpah. Hal ini menunjukkan bahwa air (zat cair) memuai lebih besar daripada teko (zat padat). Nah, sekarang coba sebutkan beberapa contoh lain yang menunjukkan bahwa zat cair memuai lebih besar daripada zat padat!

Anomali Air

            Pada umumnya zat akan memuai apabila dipanaskan. Akan tetapi, hal ini tidak berlaku untuk air pada suhu antara 0^oC sampai 4^oC. Apabila air dipanaskan dari suhu 0^oC sampai 4^oC, volume air menyusut dan mencapai volume minimal pada suhu 4^oC. Setelah suhu 4^oC volume air memuai apabila dipanaskan. Perilaku aneh air ini dinamakan anomali air. Anomali sendiri artinya ketidakteraturan. Gambar  5.7 menunjukkan hubungan masa jenis air sebagai fungsi suhu. Sebagaimana telah kalian pelajari, massa jenis zat dinyatakan dengan rumus  Volume air minimal terjadi pada suhu 4^oC. Karena massa air tetap, maka massa jenis air maksimum terjadi pada suhu 4^oC. Ketika air membeku menjadi es, volumenya membesar. Itulah sebabnya es terapung pada permukaan air. Parafin dan bismuth merupakan contoh lain zat yang memiliki sifat anomali seperti air.

                                                                                              pierecollege.com

Gambar 5.7 Grafik massa jenis air sebagai fungsi suhu. Pada suhu 4^oC volume air minimum sehingga massa jenisnya maksimum.

FENOMENA FISIKA

 

            Sifat anomali air memegang peranan penting pada kehidupan hewan dan tumbuhan air selama musim dingin. Ketika air danau atau sungai bersuhu di atas 4^oC dan mulai mendingin karena bersentuhan dengan udara dingin di atasnya, air di permukaan tenggelam karena memiliki massa jenis yang lebih besar. Air yang tenggelam ini digantikan oleh air yang lebih hangat di bawahnya. Proses ini berlangsung terus sampai suhunya mencapai 4^oC. Ketika suhu permukaan danau turun menjadi kurang dari 4^oC, massa jenis air di permukaan lebih kecil daripada massa jenis air di bawahnya. Akibatnya, aliran air ke dasar danau berhenti. Air di permukaan danau tetap terjaga lebih dingin dibandingkan dengan air di bawahnya. Ketika air di permukaan membeku, es terapung karena massa jenis es lebih kecil daripada massa jenis air. Air di dasar danau tetap 4^oC sampai hampir seluruh seluruh air membeku.

            Apabila air berperilaku seperti zat lain, penyusutan akan berlangsung terus ketika terjadi pendinginan sehingga air di dasar danau akan membeku terlebih dahulu. Apabila hal ini terjadi tentu akan membinasakan seluruh hewan dan tumbuhan di dasar danau yang tidak tahan beku. Jadi, dengan adanya sifat anomali air menyebabkan air jarang membeku seluruhnya. Lapisan es di permukaan danau dapat berfungsi sebagai penyekat untuk mengurangi aliran kalor dari air ke udara dingin di atasnya. Sifat anomali air yang sangat menakjubkan ini menyebabkan hewan dan tumbuhan air di daerah dingin tidak punah selama musim dingin akibat membekunya air.

3. Pemuaian Gas

            Sifat gas adalah volume berubah dan selalu mengisi seluruh ruangan. Oleh karena itu, apabila gas dipanaskan volumenya memuai. Untuk menunjukkan bahwa gas memuai apabila dipanaskan, kalian dapat melakukan Kegiatan 5.3 di bawah ini.  

Kegiatan 5.3 Menyelidiki Pemuaian Gas

 

Alat dan Bahan

Botol, karet gelang, balon, dua baskom, air panas dan air dingin secukupnya. 

Prosedur Percobaan

1. Masukkan mulut balon ke dalam mulut botol dan ikatlah dengan karet gelang.
2. Tuangkan air panas ke dalam baskom. Selanjutnya, masukkan bagian bawah botol ke dalam air panas. Setelah ditunggu beberapa saat, apa yang terjadi?
3. Tuangkan air dingin ke dalam baskom. Selanjutnya, pindahkan botol dari panas ke air dingin. Setelah ditunggu beberapa saat, apa yang terjadi?
4. Berdasarkan pengamatan pada langkah 2 dan 3, apakah kesimpulan kalian?

Ketika kalian memasukkan bagian bawah botol ke dalam baskom yang berisi air, udara dalam botol memuai. Akibatnya, balon mengembang. Ketika bagian bawah botol dimasukkan ke dalam baskom yang berisi air dingin, udara dalam botol suhunya turun sehingga volumenya menyusut. Akibatnya, balon kempes. Jadi, Kegiatan 5.3 membuktikan bahwa udara (gas) memuai apabila dipanaskan.

Pengaruh suhu terhadap volume gas dapat juga diselidiki dengan menggunakan alat yang dinamakan dilatometer. Alat ini terdiri atas labu kaca, sumbat karet, dan pipa kapiler panjang yang salah satu ujungnya dimasukkan ke dalam labu kaca melalui sumbat karet. Untuk menggunakan dilatometer, baliklah dilatometer dan masukkan ujung pipa kapiler ke dalam bejana yang berisi air. Berdasarkan sifat pipa kapiler, air akan naik di dalam pipa kapiler. Untuk menaikkan suhu udara dalam labu kaca dapat dilakukan dengan memegang labu kaca dengan telapak tangan. Sambil memegang labu kaca, kalian dapat mengamati perubahan ketinggian air dalam pipa kapiler. Beberapa saat setelah labu kaca dipegang dengan telapak tangan, udara dalam labu suhunya naik dan volumenya memuai. Hal ini ditandai dengan adanya penurunan air dalam pipa kapiler. Bagaimanakah peristiwa ini dapat dijelaskan? Ketika suhu udara dalam labu kaca naik, volumenya membesar sehingga mendesak permukaan air dalam pipa kapiler. Akibatnya, permukaan raksa dalam pipa kapiler turun.

            Hasil percobaan menunjukkan bahwa untuk semua jenis gas memiliki nilai koefisien muai volume yang sama, yaitu   Pemuaian gas dimanfaatkan untuk membuat termometer gas, yaitu termometer yang dapat digunakan untuk mengukur suhu yang sangat rendah. Seperti telah diuraikan pada Bab 4, termometer gas helium pada tekanan rendah mampu mengukur suhu hingga –250^oC. Bahan pengisi termometer gas adalah hidrogen, nitrogen, dan helium.

B. Perpindahan Kalor

Untuk menjaga supaya suhu di dalam lemari es tetap dingin, dinding lemari es dibuat rangkap dua. Kalor dari luar lemari es diusahakan supaya tidak dapat masuk ke dalam ruang pendingin. Hal ini dapat dicegah dengan menggunakan udara yang terletak di antara dinding-dinding lemari es. Bagaimanakah proses terjadinya perpindahan kalor? Mengapa udara mampu menghalangi aliran kalor?

Ada tiga cara perpindahan kalor, yaitu: konduksi, konveksi, dan radiasi. Apakah perbedaan antara konduksi, konveksi, dan radiasi? Pada bagian ini kalian akan mempelajari tiga cara perpindahan kalor itu. Kalian juga akan mempelajari manfaat perpindahan kalor dalam kehidupan sehari-hari.

1. Konduksi

            Ketika kalian memegang salah satu ujung batang tembaga dan meletakkan ujung batang yang lain pada sumber panas, ujung yang dipegang menjadi panas. Peristiwa ini sangat menarik, sebab ujung yang dipegang tidak ada kontak langsung dengan sumber panas. Pada peristiwa ini telah terjadi perpindahan kalor dari ujung batang tembaga yang lebih panas (suhu tinggi) ke ujung lain yang lebih dingin (suhu rendah). Energi kalor dipindahkan melalui interaksi antarpartikel tembaga, meskipun partikel-partikel itu sendiri tidak berpindah. Ketika salah satu ujung tembaga dipanaskan, partikel-partikel yang terletak di ujung yang dipanaskan itu bergetar dengan energi yang lebih besar jika dibandingkan dengan partikel-partikel di ujung yang lebih dingin. Partikel-partikel pada ujung yang panas menabrak partikel-partikel di dekatnya serta memberikan sebagian energinya. Partikel yang terdekat ini kembali menabrak partikel di dekatnya lagi. Proses ini berlangsung di sepanjang batang, sehingga ujung batang yang mula-mula dingin berubah menjadi panas.

            Berdasarkan uraian di atas dapat disimpulkan bahwa kalor dapat berpindah dari satu partikel ke partikel lain tanpa disertai perpindahan partikel itu sendiri. Perpindahan kalor melalui zat tanpa disertai perpindahan partikel-partikel zat dinamakan konduksi. Sebagaimana telah kalian pelajari di depan, jarak antarpartikel zat padat sangat dekat jika dibandingkan dengan zat cair dan gas. Oleh karena itu, perpindahan kalor secara konduksi pada umumnya berlangsung melalui zat padat.

            Kemampuan suatu zat untuk menghantarkan kalor dinamakan daya hantar kalor. Daya hantar kalor zat padat dapat diselidiki dengan alat Ingenhousz (Gambar 5.8). Alat ini terdiri atas sebuah bejana yang dindingnya dapat dipasang beberapa zat padat yang berukuran sama. Ketika digunakan, zat-zat padat dipasang pada tempatnya dan ujung-ujungnya ditetesi lilin. Selanjutnya, Ingenhousz diberi air mendidih. Setelah ditunggu beberapa saat dapat diketahui zat padat yang tetesan lilinnya paling cepat meleleh. Zat padat yang tetesan lilinnya paling cepat meleleh menunjukkan bahwa zat padat itu daya hantar kalornya paling baik. Sebaliknya, zat padat yang tetesan lilinnya paling lama meleleh menunjukkan bahwa zat padat itu daya hantarnya paling jelek. Untuk mengetahui penggunaan alat Ingenhousz, kalian dapat melakukan Kegiatan 5.4 di bawah ini.

                                                                                            physics.kenyon.edu

Gambar 5.8 Alat Ingenhousz untuk menyelidiki daya hantar kalor zat padat.

Kegiatan 5.4 Menyelidiki Daya Hantar Kalor Zat Padat

 

Alat dan Bahan

Seperangkat alat Ingenhousz.

Prosedur Kegiatan

1. Letakkan enam logam yang berukuran sama tetapi berbeda jenis pada lubang-lubang bejana, sehingga salah satu dari setiap ujung logam berada di dalam bejana.
2. Berikan tetesan lilin pada setiap ujung logam yang berada di luar bejana.
3. Tuangkan air mendidih ke dalam bejana. Usahakan setiap logam tercelup dalam air.
4. Setelah ditunggu beberapa saat, perhatikan urutan lilin yang meleleh.
5. Logam manakah yang memiliki daya hantar kalor paling baik? Logam manakah yang memiliki daya hantar kalor paling jelek?

Berdasarkan Kegiatan 5.4 dapat disimpulkan bahwa tembaga adalah logam yang memiliki daya hantar kalor yang baik. Sebaliknya, kayu, kaca, karton, dan plastik adalah zat padat yang memiliki daya hantar jelek. Penghantar kalor yang baik dinamakan konduktor. Sebaliknya, penghantar kalor yang jelek dinamakan isolator. Bahan yang memiliki daya hantar kalor di antara konduktor dan isolator dinamakan semi konduktor.

            Apakah zat cair merupakan penghantar kalor yang baik? Untuk menyelidiki daya hantar kalor zat cair, kalian dapat melakukan Kegiatan 5.5.

Kegiatan 5.5 Menyelidiki Daya Hantar Kalor Zat Cair

 

Alat dan Bahan

Tabung reaksi, statif, pemanas, air dan es secukupnya.

Prosedur Kegiatan

1. Masukkan sepotong es ke dalam tabung reaksi, kemudian isilah tabung reaksi dengan air (Gambar 5.9).
2. Panaskan bagian permukaan air sampai mendidih.
3. Perhatikan keberadaan es di dasar tabung reaksi. Apakah es melebur? Apakah kesimpulanmu?

               

                                                                                             www.gei.ie

Gambar 5.9 Menyelidiki daya hantar kalor pada zat cair.

Berdasarkan Kegiatan 5.5 dapat diketahui bahwa air di permukaan tabung reaksi dapat mendidih, tetapi es di dasar  tabung tidak melebur. Kalor di permukaan air tidak dapat berpindah melalui air ke dasar tabung reaksi. Artinya, air tidak dapat menghantarkan kalor. Dengan demikian, zat cair adalah bahan yang sukar menghantarkan kalor. Zat cair bersifat isolator.

            Bagaimanakah kemampuan gas dalam menghantarkan kalor? Untuk menyelidiki daya hantar kalor gas, kalian dapat melakukan Kegiatan 5.6.

Kegiatan 5.6 Menyelidiki Daya Hantar Kalor Gas

 

Alat dan Bahan

Gelas kimia besar, gelas kimia kecil, karton tebal, dan air mendidih

Prosedur Kegiatan

1. Letakkan karton tebal di dalam gelas kimia yang besar. Selanjutnya, masukkan  gelas kimia kecil ke dalam gelas kimia besar. Jadi, gelas kimia kecil dan gelas kimia besar dipisahkan oleh karton tebal (Gambar 5.10).
2. Tuangkan air mendidih ke dalam gelas kimia kecil. Usahakan air tidak tumpah ke dalam gelas kimia besar.
3. Setelah ditunggu beberapa saat, sentuhlah gelas kimia kecil dan gelas kimia besar. Bagaimanakah perasaanmu? Apakah kesimpulanmu?

Gambar 5.10 Menyelidiki daya hantar kalor pada gas.

            Berdasarkan Kegiatan 5.6 dapat disimpulkan bahwa meskipun dalam gelas kimia besar terdapat sumber panas, tetapi gelas kimia besar  tetap dingin. Kalor dari gelas kimia kecil tidak dapat berpindah ke gelas kimia yang besar, sebab di antara kedua gelas kimia dipisahkan oleh karton tebal dan udara. Jadi, karton dan udara tidak dapat menghantarkan kalor. Dengan kata lain, udara adalah isolator.

 

            Panci dan alat-alat masak yang lain pada umumnya dibuat dari bahan konduktor. Dengan demikian, panas mudah berpindah dari api ke bahan makanan sehingga masakan cepat masak. Mendidihkan air dengan menggunakan panci yang terbuat dari aluminium tentu akan lebih cepat dibandingkan dengan mendidihkan air dengan menggunakan bejana yang dibuat dari tanah liat (gerabah). Hal ini karena aluminium memiliki daya hantar kalor yang lebih baik daripada gerabah.

            Bagian bawah seterika dibuat dari bahan konduktor supaya dapat menghantarkan kalor yang berasal dari energi listrik ke pakaian dengan cepat. Dengan demikian, pakaian menjadi cepat panas sehingga pekerjaan cepat selesai. Akan tetapi, pegangan seterika dibuat dari plastik (isolator) supaya tangan tidak terasa panas.

Fenomena Fisika

 

Mengapa lantai ubin terasa lebih dingin di telapak kaki daripada permadani yang menyelimuti lantai ubin? Ubin merupakan konduktor yang lebih baik daripada permadani. Perpindahan kalor dari kaki menuju permadani tidak dapat berlangsung dengan cepat, sehingga permadani dapat memanaskan telapak kaki lebih lama. Akibatnya, telapak kaki yang menginjak permadani terasa hangat. Sebaliknya, ubin dapat memindahkan kalor lebih cepat daripada permadani. Artinya, ubin dapat mengambil kalor dari telapak kaki lebih banyak. Akibatnya, telapak kaki suhunya lebih cepat turun dan terasa lebih dingin.

2. Konveksi

            Konveksi adalah perpindahan kalor karena gerakan partikel-partikel dalam fluida. Fluida adalah zat yang dapat mengalir. Jadi, zat cair dan gas adalah fluida. Bagaimanakah proses terjadinya konveksi dalam zat cair? Untuk menjawab pertanyaan ini, kalian dapat melakukan Kegiatan 5.7 atau Kegiatan 5.8 di bawah ini.

Kegiatan 5.7 Konveksi dalam Zat Cair

 

Alat dan Bahan

Seperangkat alat konveksi zat cair, serbuk gergaji, pembakar spiritus, dan air.

Prosedur Kegiatan

1. Masukkan sejumlah air dan serbuk gergaji ke dalam alat konveksi (Gambar 5.11).
2. Panaskan salah satu sudut bagian bawah alat konveksi dan tunggu beberapa saat.
3. Apa yang terjadi dengan air dan serbuk gergaji?

                                                                                                  bluffton.edu

Gambar 5.11 Alat konveksi zat cair.

Kegiatan 5.8 Konveksi dalam Zat Cair

 

Alat dan Bahan

Gelas kimia, pipa kaca, pembakar spiritus kristal potasium permanganat, dan air secukupnya.

Prosedur Kegiatan

1. Isilah gelas kimia dengan air sampai hampir penuh (Gambar 5.12).
2. Letakkan kristal potasium permanganat di dasar gelas kimia dengan menggunakan pipa kaca. Untuk menjaga supaya air berwarna yang ada dalam pipa tidak mewarnai air dalam gelas kimia, angkat pipa kaca itu sambil menutup ujung pipa dengan menggunakan telunjuk.
3. Panaskan gelas kimia tepat di bawah kristal potasium permanganat dengan pembakar spiritus.
4. Amati aliran warna dalam air. Kalian dapat mengamati kegiatan ini setelah mengamati satu kali lingkaran warna potasium permanganat.

Gambar 5.12 Aliran konveksi dalam zat cair.

            Berdasarkan Kegiatan 5.7 dan Kegiatan 5.8 tampak bahwa pemanasan menyebabkan serbuk gergaji dan zat warna potasium permanganat bergerak ke atas. Gerak ke atas serbuk gergaji dan zat warna potasium permanganat disebabkan oleh naiknya suhu air. Bagaimanakah peristiwa ini dapat dijelaskan? Kalor dari pembakar spiritus menaikkan suhu air. Akibatnya, volume air memuai dan massa jenis air berkurang. Karena massa jenis air berkurang, air menjadi lebih ringan sehingga air panas bergerak ke atas. Tempat yang ditinggalkan oleh air panas diisi oleh air dingin, sebab air dingin memiliki massa jenis lebih kecil daripada air panas. Jadi, air panas bergerak ke atas dan air dingin bergerak ke bawah. Hal ini tampak dari gerakan serbuk gergaji dan warna potasium permanganat. Pergantian antara air panas dan air dingin berlangsung terus sampai air mendidih.

            Pada Kegiatan 5.5, memanaskan permukaan air dalam tabung reaksi yang dasarnya diberi es tidak terjadi proses konveksi sehingga es tidak dapat melebur. Mengapa demikian? Konveksi hanya terjadi apabila terjadi perbedaan massa jenis. Air panas pada permukaan tabung reaksi tidak dapat menimbulkan aliran kalor ke dasar tabung, sebab air panas di permukaan tabung memiliki massa jenis yang lebih kecil daripada air dingin di bawahnya. Akibatnya, air panas tidak dapat bergerak turun sehingga es tidak dapat melebur.

            Seperti telah disebutkan di depan, peristiwa konveksi terjadi dalam zat cair dan gas. Jadi, konveksi dapat terjadi di udara (Gambar 5.13). Kegiatan 5.9 membuktikan terjadinya proses konveksi di udara.

	Kegiatan 5.9 Konveksi dalam Gas

 

Alat dan Bahan

Seperangkat alat konveksi udara, lilin, dan obat nyamuk bakar

Prosedur Kegiatan

1. Letakkan lilin menyala di bawah salah satu cerobong asap.
2. Bakarlah obat nyamuk dan letakkan di atas cerobong asap yang lain.
3. Perhatikan aliran asap obat nyamuk.
4. Apakah kesimpulanmu?

                      uogelph.ca

Gambar 5.13 Proses konveksi di udara.

Lilin menyala yang diletakkan di bawah cerobong menyebabkan udara panas. Udara panas memiliki massa jenis kecil sehingga bergerak ke atas. Udara dingin (memiliki massa jenis besar) di sekelilingnya mengisi tempat yang ditinggalkan udara panas. Sirkulasi udara ini tampak dari gerakan asap obat nyamuk.

Peristiwa Konveksi dalam Kehidupan Sehari-hari

            Konveksi memegang peranan penting dalam kehidupan sehari-hari. Banyak peristiwa yang dijumpai dalam kehidupan sehari-hari dapat dijelaskan berdasarkan proses konveksi.

a.      Cerobong Lampu Teplok

Nyala lampu teplok yang diberi cerobong kaca ternyata lebih terang daripada nyala lampu teplok tanpa cerobong kaca. Proses pembakaran sumbu lampu teplok bercerobong lebih banyak mendapat oksigen. Nyala lampu menyebabkan suhu udara di atasnya naik sehingga udara panas akan meninggalkan cerobong. Udara dingin yang banyak mengandung oksigen akan mengisi daerah yang ditinggalkan oleh udara panas melalui bagian bawah cerobong kaca. Jadi, nyala lampu menjadi terang karena mendapat banyak oksigen.

b.      Sistem Ventilasi di Rumah

Konveksi udara secara alami terjadi pada sistem ventilasi rumah (Gambar 5.14). Udara panas di dalam rumah bergerak ke atas dan keluar melalui lubang ventilasi. Tempat yang ditinggalkan udara panas ini kemudian diisi oleh udara dingin di sekitarnya. Akibatnya, di dalam rumah terjadi proses sirkulasi udara sehingga di dalam rumah terasa nyaman.

Gambar 5.14 Sistem ventilasi udara.

c.  Angin Laut dan Angin Darat

            Pada siang hari daratan dan lautan menerima kalor yang berasal dari matahari. Karena kalor jenis air laut lebih besar daripada kalor jenis tanah (daratan), sehingga kenaikan suhu air laut lebih rendah daripada kenaikan suhu daratan. Akibatnya, suhu udara di atas permukaan laut lebih kecil daripada suhu udara di daratan. Dengan kata lain, udara di atas daratan lebih panas daripada udara di atas permukaan laut. Dengan demikian, udara di atas lebih ringan sehingga bergerak ke atas. Tempat udara yang ditinggalkan ini kemudian diisi oleh udara dingin yang berasal dari laut. Jadi, pada siang hari terjadi angin laut: angin yang berasal dari laut menuju ke darat (Gambar 5.15a).

            Pada malam hari udara di atas permukaan laut lebih panas daripada udara di atas daratan. Akibatnya, udara di atas permukaan laut bergerak naik dan tempatnya diisi oleh udara dingin yang berasal dari daratan. Jadi, pada malam hari terjadi angin darat: angin yang berasal dari darat ke laut (Gambar 5.15b).

            Angin darat yang terjadi malam hari sering dimanfaatkan oleh para nelayan untuk pergi ke laut untuk menangkap ikan. Sebaliknya, angin laut yang terjadi pada siang hari dimanfaatkan oleh para nelayan untuk kembali ke darat. Dengan demikian, apabila ingin mencari ikan segar hasil tangkapan para nelayan kalian harus menunggu datangnya nelayan dari laut lepas di siang hari.

                        (a)                   

                             

                       (b)

                       

                                                                                                        energyquest.ca.gov

Gambar 5.15 (a) Angin laut pada siang hari dan (b) angin darat pada malam hari.

Pertanyaan Diskusi

1.      Jika kalian membakar sampah, asap bergerak ke atas. Mengapa demikian?

2.      Jelaskan prinsip kerja cerobong asap di pabrik-pabrik.

Science, Technology, and Society

 

3. Radiasi

            Ketika kalian berkemah dan membuat api unggun, bagaimanakah caranya panas api unggun itu sampai ke tubuh kalian sehingga terasa hangat? Panas yang berasal dari api ungun sampai ke tubuh kalian jelas tidak melalui konveksi. Seperti telah diuraikan di depan, udara panas yang ditimbulkan oleh api unggun tidak menyebar ke arah horizontal, melainkan bergerak ke atas. Hal ini terjadi karena udara panas massa jenisnya kecil, sehingga bergerak ke atas. Panas api unggun sampai ke tubuh kalian juga tidak melalui konduksi, sebab tidak ada zat padat yang menghubungkan antara api unggun dan tubuh kalian. Jadi, panas api unggun sampai ke tubuh kalian tidak melalui zat perantara. Nah, perpindahan kalor tanpa melalui zat perantara dinamakan radiasi atau pancaran.

            Panas matahari sampai ke permukaan bumi juga melalui proses radiasi atau pancaran. Untuk sampai ke permukaan bumi matahari harus melalui jarak ribuan kilometer. Meskipun di atmosfer terdapat ruang hampa udara, ternyata panas matahari tetap sampai ke permukaan bumi. Jadi, radiasi matahari dapat melewati ruang hampa. Radiasi matahari  dapat melewati ruang hampa karena energi panas matahari dipancarkan dalam bentuk gelombang elektromagnetik.

            Apabila suatu zat menerima kalor yang berasal dari proses radiasi,  kalor itu akan diteruskan, dipantulkan, atau diserap oleh zat itu. Setiap zat memiliki kemampuan yang berbeda-beda dalam meneruskan, memantulkan, dan menyerap kalor yang diterima. Ada beberapa zat yang dapat menjadi panas apabila menerima kalor. Sebaliknya, ada beberapa zat yang tidak dapat menjadi panas apabila menerima kalor. Zat yang dapat menjadi panas apabila menerima panas dinamakan aterman, misalnya udara. Zat yang tidak menjadi panas apabila menerima panas dinamakan diaterman, misalnya ruang hampa.

            Seperti telah disebutkan di atas, setiap zat memiliki kemampuan yang berbeda-beda dalam menyerap kalor yang diterimanya. Untuk menyelidiki kemampuan zat menyerap atau memancarkan kalor dapat digunakan alat yang dinamakan  termoskop (Gambar 5.16). Ada dua macam termoskop, yaitu:

1. termoskop dengan dua bola kaca, berwarna hitam dan berwarna bening, berfungsi untuk menyelidiki kemampuan benda menyerap kalor;
2. termoskop dengan dua bola kaca bening yang dilengkapi dengan kubus leslie, berfungsi untuk menyelidiki kemampuan benda memancarkan kalor.

Bola-bola kaca pada termoskop dihubungkan dengan pipa kaca yang di dalamnya berisi alkohol. Kubus leslie adalah suatu kubus yang setiap sisi dinding luarnya memiliki warna-warna yang berbeda (Gambar 5.17). Beberapa warna yang sering digunakan adalah putih mengkilap, hitam kusam, kuning, dan merah.

Untuk menyelidiki kemampuan benda menyerap kalor, kalian dapat melakukan Kegiatan 5.10 di bawah ini.

Kegiatan 5.10 Menyelidiki Kemampuan Zat Menyerap Kalor

 

Alat dan Bahan

Termoskop dengan dua kaca berbeda warna dan lilin

Prosedur Kegiatan

1. Letakkan lilin menyala di antara dua bola kaca termoskop.
2. Setelah ditunggu beberapa saat, perhatikan tinggi permukaan alkohol pada pipa kaca.
3. Apakah kesimpulan kalian?

                   inpr.fr

Gambar 5.16 Termoskop untuk menyelidiki kemampuan zat menyerap kalor.

Berdasarkan Kegiatan 5.10, setelah lilin dipasang, tampak bahwa permukaan alkohol pada pipa di bawah bola kaca berwarna hitam ternyata lebih rendah daripada permukaan alkohol pada pipa kaca di bawah bola berwarna bening. Turunnya permukaan alkohol di bawah bola kaca berwarna hitam ini disebabkan oleh pemuaian udara di atasnya. Hal ini terjadi karena pemuaian udara di dalam bola kaca berwarna hitam. Bola kaca berwarna hitam lebih banyak menyerap kalor daripada bola kaca berwarna bening. Akibatnya, udara dalam bola kaca berwarna hitam pemuaiannya lebih besar daripada udara dalam bola kaca berwarna bening. Berdasarkan Kegiatan 5.10 dapat disimpulkan bahwa benda berwarna hitam (gelap) lebih banyak menyerap kalor daripada benda berwarna bening.

            Untuk menyelidiki kemampuan benda memancarkan kalor, kalian dapat melakukan Kegiatan 5.11 di bawah ini.

Kegiatan 5.11 Menyelidiki Kemampuan Benda Memancarkan Kalor

 

Alat dan Bahan

Termoskop dengan dua bola kaca berwarna bening dan kubus leslie

Prosedur Kegiatan

1. Letakkan kubus leslie di antara dua bola kaca termoskop.
2. Tuangkan air panas ke dalam kubus leslie
3. Setelah ditunggu beberapa saat, perhatikan tinggi permukaan alkohol pada pipa kaca.
4. Apakah kesimpulan kalian?

Hasil Kegiatan 5.11 menunjukkan bahwa permukaan alkohol yang berhubungan dengan bola kaca yang berhadapan dengan dinding kubus leslie warna terang (putih mengkilap) ternyata lebih tinggi daripada permukaan alkohol pada pipa di sebelahnya. Artinya, udara dalam bola kaca yang berhadapan dengan dinding kubus leslie berwarna hitam memuai lebih besar.  Jadi, benda yang permukaannya berwarna hitam lebih banyak memancarkan kalor daripada benda yang permukaannya putih mengkilap.

Gambar 5.17 Kubus leslie.

            Berdasarkan Kegiatan 5.10 dan Kegiatan 5.11 dapat disimpulkan sebagai berikut.

• Benda yang permukaannya hitam merupakan penyerap sekaligus pemancar kalor yang baik.
• Benda yang permukaannya putih merupakan penyerap sekaligus pemancar kalor yang buruk.

	Science, Technology, and Society

 

1. Seragam Anak Sekolah: Baju  Berwarna Putih

Tahukah alasannya mengapa pakaian seragam anak-anak sekolah bajunya berwarna putih? Pertanyaan ini dapat dijelaskan dengan menggunakan ilmu fisika. Indonesia dilalui oleh garis katulistiwa, sehingga Indonesia berhawa panas. Seperti telah diuraikan di atas, warna putih merupakan penyerap sekaligus pemancar kalor paling buruk. Jadi, panas matahari sukar diserap oleh warna putih. Akibatnya, dengan menggunakan warna putih anak-anak sekolah menjadi terasa lebih nyaman. Kalian bisa membayangkan, betapa gerahnya apabila baju seragam sekolah berwarna hitam!  

2. Microwave Oven

Perpindahan kalor secara  radiasi dapat digunakan untuk menjelaskan prinsip kerja alat untuk memasak yang dikenal sebagai microwave oven (Gambar 5.18). Microwave atau gelombang mikro merupakan salah satu jenis radiasi elektromagnetik yang dapat diserap oleh molekul-molekul air. Dalam microwave oven, gelombang mikro didistribusikan dari logam yang berputar serta logam pada dinding-dindingnya. Gelombang mikro mampu menembus plastik pembungkus makanan atau piring sehingga dapat diserap oleh molekul-molekul air dalam makanan. Penyerapan gelombang mikro ini menyebabkan makanan menjadi panas dan menjadi matang.

                                                                                                                  merrietta.edu

Gambar 5.18 Microwave oven.

 

Akhir-akhir ini kita sering mendengar istilah efek rumah kaca, yaitu gejala fisika yang berhubungan dengan radiasi matahari. Nah, tugas kalian adalah membuat karya tulis yang menjelaskan efek rumah kaca. Jelaskan faktor-faktor yang menyebabkan terjadi efek rumah kaca. Di samping itu, jelaskan pula dampak positif dan dampak negatif yang ditimbulkannya. Untuk mencari bahan bacaan, kalian dapat menggunakan internet.

RANGKUMAN

Ø  Pemuaian adalah pertambahan ukuran zat akibat pemanasan.

Ø  Musschenbroek adalah alat yang digunakan untuk mempelajari pemuaian panjang.

Ø  Pertambahan panjang zat padat dapat dihitung dengan menggunakan rumus

                       

                                                                       

dengan  adalah pertambahan panjang, adalah panjang zat padat mula-mula,  adalah perubahan suhu, dan  adalah koefisien muai panjang.

Ø  Apabila air dipanaskan dari suhu 0^oC sampai 4^oC, volume air menyusut dan mencapai volume minimal pada suhu 4^oC. Peristiwa ini dinamakan anomali air.

Ø  Volume air minimal terjadi pada suhu 4^oC. Oleh karena itu, massa jenis air maksimum terjadi pada suhu 4^oC.

Ø  Parafin dan bismuth merupakan dua zat yang memiliki sifat anomali.

Ø  Dilatometer adalah alat yang digunakan untuk mengetahui pengaruh suhu terhadap volume gas.

Ø  Semua jenis gas memiliki nilai koefisien muai volume yang sama, yaitu  

Ø  Perpindahan kalor melalui zat tanpa disertai perpindahan partikel-partikel zat dinamakan konduksi. Konduksi terjadi dalam zat padat.

Ø  Ingenhousz  adalah yang digunakan untuk menyelidiki daya hantar kalor zat padat.

Ø  Penghantar kalor yang baik dinamakan konduktor. Sebaliknya, penghantar kalor yang jelek dinamakan isolator. Bahan yang memiliki daya hantar kalor di antara konduktor dan isolator dinamakan semi konduktor.

Ø  Konveksi adalah perpindahan kalor karena gerakan partikel-partikel dalam fluida. Konveksi dapat terjadi dalam zat cair dan gas.

Ø  Radiasi adalah perpindahan kalor tanpa melalui zat perantara.

SOAL-SOAL

A.    Pilihan Ganda

Petunjuk: Pilihlah satu jawaban yang tepat!

1.      Sebatang logam pada suhu 0^oC panjangnya 1 m. Jika koefisien muai panjang logam 0,0005/^oC, maka panjang logam pada suhu 30^oC adalah ….

A.                            101,5 cm                                             C. 113,5 cm

B.                             105,3 cm                                             D. 115,6 cm

2.      Sebatang tembaga dengan panjang 10 m dipanaskan hingga mencapai kenaikan suhu 20^oC. Koefisien muai panjang tembaga 0,000017/^oC. Pertambahan panjang tembaga adalah ….

A.                            1,034 m                                               C. 0,0034 m

B.                             0,034 m                                               D. 1,0034 m

3.      Berikut ini beberapa cara untuk mengatasi masalah pemuaian, kecuali:

A.                            gelas dari dalam lemari es tidak langsung diisi dengan air panas

B.                             memompa ban sepeda hingga tekanannya maksimum

C.                             membuat celah pada sambungan rel kereta api

D.                            membuat celah pada ujung jembatan

4.      Pertambahan panjang sebatang logam tidak tergantung pada ….

A.                            koefisien muai panjang

B.                             panjang mula-mula

C.                             kenaikan suhu

D.                            massa logam

5.      Jika air dengan suhu 15^oC dipanaskan hingga mencapai suhu 75^oC, maka ….

A.                            massa jenis air turun                            C. massa air turun

B.                             massa jenis air naik                              D. massa air naik

6.      Sifat anomali air menunjukkan bahwa massa jenis air ….

A.                terbesar pada suhu 4^oC

B.                 terkecil pada suhu 4^oC

C.                 berkurang apabila dipanaskan

D.                bertambah apabila didinginkan

7.      Sebatang logam yang panjangnya 100 cm memiliki koefisien muai panjang 0,00002/^oC. Apabila logam dipanaskan sehingga terjadi kenaikan suhu 50^oC akan terjadi pertambahan panjang sebesar ….

A.                            0,10 cm                                               C. 1,001 cm

B.                             0,15 cm                                               D. 0,001 cm

8.      Apabila sejumlah air didinginkan dari 10^oC menjadi 0^oC, volumenya akan ….

A.                            bertambah

B.                             berkurang

C.                             bertambah kemudian berkurang

D.                            berkurang kemudian bertambah

9.      Apabila sebatang keping bimetal dipanaskan, maka bimetal akan melengkung ke arah logam yang memiliki ….

A.    massa jenis lebih besar

B.     massa jenis lebih kecil

C.     koefisien muai panjang lebih besar

D.    koefisien muai panjang lebih kecil

10.  Sebatang logam dengan koefisien muai panjang a mula-mula panjangnya l₀. Apabila logam itu dipanasi sehingga terjadi kenaikan suhu Dt, maka pertambahan panjang logam dapat dihitung dengan rumus ….

      A.                                            C.

B.                                    D.

11.  Panci yang diisi air sampai penuh, ternyata ada sebagian air yang tumpah apabila dipanaskan. Hal ini menunjukkan bahwa ….

A.                            koefisien muai volume air lebih kecil daripada koefisien muai volume panci

B.                             koefisien muai volume air lebih besar daripada koefisien muai volume panci

C.                             massa jenis panci lebih besar daripada massa jenis air

D.                            koefisien muai panjang panci lebih besar daripada koefisien muai volume air

12.  Permukaan raksa dalam termometer naik jika suhunya makin tinggi. Hal ini disebabkan oleh ….

1. raksa memuai, sedangkan kaca tidak
2. koefisien muai raksa lebih besar daripada kaca
3. koefisien muai raksa lebih kecil daripada kaca
4. kaca adalah penghantar panas yang baik

13.  Perpindahan kalor melalui zat tanpa disertai perpindahan partikel-partikel zat dinamakan ….

A.                            konduksi                                                         C. radiasi

B.                             konveksi                                                          D. induksi

14.  Perpindahan kalor yang dapat terjadi pada ruang hampa adalah ….

A.    konduksi                                                         C. radiasi

B.     konveksi                                                          D. induksi

15.  Pakaian warna hitam apabila dijemur akan lebih cepat kering daripada pakaian warna putih. Hal ini disebabkan karena ….

A.    warna putih tidak dapat menyerap kalor

B.     warna putih sangat mudah menyerap kalor

C.     warna hitam sangat mudah menyerap kalor

D.    warna hitam memiliki kalor jenis yang tinggi

B. Uraian

Petunjuk: Kerjakan soal-soal di bawah ini!

Tingkat I

Pemuian Zat

1. Semua bahan akan memuai apabila dipanaskan. Benarkah pernyataan ini? Jelaskan.
2. Massa jenis air paling kecil pada suhu 4^oC. Benarkah pernyataan ini? Jelaskan.
3. Koefisien muai panjang baja adalah a = 0,000012/^oC. Apakah artinya?
4. Sebuah penggaris baja (a = 0,000012/^oC) pada suhu 30^oC panjangnya 100 cm. Berapakah panjang baja pada suhu 100^oC?
5. Sebatang tembaga (a = 0,000017/^oC) pada suhu 20^oC panjangnya 80 cm. Berapakah pertambahan panjang tembaga apabila dipanaskan sampai suhu 100^oC?
6. Air dengan suhu 0^oC apabila dipanaskan sampai suhu 3^oC volume bertambah besar. Benarkah pernyataan ini? Jelaskan.
7. Sebuah cincin baja dipanaskan dari 20^oC sampai 80^oC. Apakah lubang cincin akan membesar atau mengecil? Jelaskan.
8. Apakah yang dimaksud dengan anomali air? Jelaskan.
9. Apakah yang dimaksud bimetal? Jelaskan.
10. Mengapa kaca jendela yang bingkainya dibuat dari kayu ketika hujan deras tiba-tiba pecah?

Perpindahan Kalor

11. Apakah perbedaan antara konduktor dan  isolator?
12. Jelaskan perbedaan antara konduksi, konveksi, dan radiasi ditinjau gerak partikel-partikelnya dalam zat.
13. Dapatkah cahaya matahari memasuki ruang hampa udara? Jelaskan.

Tingkat II

14. Sebuah cincin baja pada suhu 25^oC memiliki jari-jari 5 cm. Cincin itu akan dipasang pada sebuah bingkai yang jari-jarinya 5,02 cm. Jika koefisien muai panjang baja 0,000012/^oC, sampai suhu berapakah cincin harus dipanaskan supaya dapat masuk pada bingkainya?
15. Suatu bejana gelas dengan volume 100 cm³ pada suhu 30^oC diisi alkohol sampai penuh. Jika bejana itu dipanaskan sampai suhu 80^oC adakah alkohol yang tumpah? (koefisien muai panjang gelas 0,000009/^oC, koefisien muai volume alkohol 0,00120/^oC).