Materi IPA Kelas 7 Bab 3 Suhu, Kalor, dan pemuaian Kurikulum Merdeka

 Apersepsi

 

Pernahkah kalian melihat balon udara? Balon udara merupakan sebuah teknologi penerbangan pertama yang dibuat oleh manusia. Teknologi ini ditemukan oleh Montgolfier bersaudara di Prancis pada tahun 1783. Balon udara terdiri dari tiga bagian, yakni envelope, burner, dan basket. Envelope adalah bagian balon udara yang mengembang atau yang berbentuk balon. Bagian ini terbuat dari bahan nilon yang dilapisi bahan anti api. Adapun Burner berbentuk seperti kompor yang mengeluarkan api. Burner-lah yang mengatur suhu udara agar bisa lebih ringan dari udara di sekitarnya, sehingga balon bisa terbang. Sementara bagian yang ketiga adalah Basket, yaitu bagian tempat penumpang.

Gambar. Balon Udara 

Lalu, bagaimana cara kerja balon udara sehingga dapat terbang? Udara di dalam envelope akan dipanaskan oleh api yang dihasilkan burner. Selain suhunya naik, udara yang dipanaskan akan memuai sehingga volumenya bertambah. Karena volume bertambah, sementara massanya tetap, maka massa jenis udara di dalam envelope tetap, maka massa jenis udara di dakal envelope menjadi lebih kecil daripada massa jneis udara di luar envelope. Nah, karena massa jenisnya lebih kecil, maka balon udara dapat terangkat dan terbang. Jadi, prinsip kerja balon udara tekait dengan suhu, kalor, dan pemuaian. Ketiga hal ini akan kita bahas dalam bab ini.

 

A.      Suhu

Apa yang ada di dalam benak kalian jika mendengar banyak orang pada saaat ini perlu diukur suhu tubuhnya? Kenapa suhu pada tubuh seseorang atau suatu benda penting untuk diketahui?

Cobalah kalian menggosok-gosokokan kedua telapak tangan selama kurang lebih satu menit. Setelah itu, tempelkan salah satu telapak tangan tersebut ke pipi. Apakah kalian merasakan hangat atau sedikit panas? Jika kalian belum merasakan hangat di pipi, kalian boleh mengulangi menggosok telapak tangan dengan sedikit lebih lama. Rasa hangat yang kalian rasakan di pipi itu adalah yang kita kenal sebagai suhu.

1.        Jadi, Apa yang Dimaksud Dengan Suhu?

Suhu pada dasarnya adalah besaran fisika yang hanya dapat dirasakan oleh indra Tubuh manusia dapat merasakan suhu dalam bentuk rasa panas atau dingin. Saat kalian menempelkan telapak tangan ke pipi atau saat bermain di tengah terik Matahari, kulit terpapar sinat Matahari yang menyengat dan kemudian otak memberikan informasi rasa panas. Pun, ketika minum air es, otak kita memberikan respon informasi pengalaman rasa dingin. Tampak di sini bahwa suhu adalah ukuran derajat atau tingkat panas suatu benda.

Saat malam hari menjelang tidur, ibu kalian menyimpan makanan ke dalam lemari es atau kulkas agar dapat dimakan kembali esok harinya. Mengapa lemari es membuat makanan jadi lebih awet? Apakah ada kaitannya dengan nilai suhu yang tinggi atau rendah itu? Kalian dapat menanyakan dan mendiskusikan perihal tersebut kepada orang tua kalian di rumah.

Lemari es atau lemari pendingin adalah contoh betapa pentingnya besaran suhu di dalam kehidupan sehari-hari maupun dalam ilmu pengetahuan dan teknologi.

Aktivitas Mengenali Suhu Bagian Tubuh Cobalah letakan punggung telapak tangan kalian pada beberapa bagian tubuh seperti pipi, kening, leher, bahu, ketiak, dan rambut. Apakah kalian merasakan panas yang berbeda dari bagian tubuh tersebut? Bagian mana yang dirasakan paling panas? Mengapa bisa demikian? Apakah kalian dapat membedakan secara akurat besarnya suhu yang dirasakan pada masing-masing bagian tubuh tersbtu? Gambar. Seorang anak sedang mengukur suhu tubuhnya.

Benda yang panas mempunyai derajat panas lebih tinggi daripada benda yang dingin. Aktivitas  menunjukan bahwa indra perasa memang dapat merasakan tingkat panas bagian tubuh. Akan tetapi, indra perasa bukan pengukur tingkat panas yang baik. Benda yang tingkat panasnya sama dirasakan berbeda oleh punggung tangan kanan dan kiri kalian. Jadi, suhu benda yang diukur dengan indra perasa seperti kulit menghasilkan ukuran yang tidak dapat dipakai sebagai acuan atau tidak pasti. Bagaimana kita mengetahui secara akurat suhu tubuh seseorang ketika ia menunjukan gejalan demam?

Untuk itulah suhu arus diukur dan dinyatakan secara pasti dengan angka serta alat ukur suhu yang memiliki skala atau ukuran.

2.        Mengapa kita memerlukan Alat Ukur Suhu?

Selain mengatahui suhu tubuh secara pasti, bagaimana kita mengetahui suhu yang pas untuk menyimpan makanan di lemari es? Pada suhu berapa daging yang dimasak sudah dapat dimakan dengan aman bagi tubuh? Untuk beberapa informasi penting tersebut kita memerlukan informasi nilai suhu dengan akurat melalui alat pengukuran yang telah teruji dan diakui.

Alat yang digunakan untuk mengukur suhu dinamakan termometer. Prinsip kerja dari termometer adalah keseimbangan derajat suhu. Termometer akan menerima suhu dari lingkungan sekitar/benda yang akan diuji. Secara alamiah, suhu akan mengalir dari derajat yang lebih tinggi ke derajat yang lebih rendah. Konsep ini dikenal juga sebagai Azas Black atau juga Hukum 1 Termodinamika.

Apakah semua termometer sama jenisnya? Tidak, temometer dapat dibuat dalam berbagai jenis. Jenis-jenisnya akan disesuaikan dengan kegunaannya masing-masing. Jangkauan pengukuran satu termometer dengan termometer lainnya berbeda. Sesuai dengan tujuan dan di mana termometer itu akan digunakan.

Termometer tubuh	Termometer laboratorium	Termometer industri

Termometer yang digunakan untuk mengukur suhu tubuh hanya memiliki skala di sekitar 30⁰C – 50⁰C. Mengapa demikian? Penyebabnya adalah karena tidak ada manusia yang memiliki suhu tubuh di bawah 30⁰C dan di atas 50⁰C. Berbeda jika kita ingin mengukur suhu tungku peleburan pada pabrik besi yang bisa mencapai 1.000⁰C. berbeda pula termometer yang dapat mengukur suhu lemari es yang dapat mencapai suhu rendah -10⁰C. Karena pada suhu rendah tersebut memungkinkan bakteri tidak tumbuh di dalam makanan. Tumbuhnya berbagai macam bakteri pada makanan akan menyebabkan makanan menjadi busuk atau basi.

Untuk lebih memahami materi mengenai suhu, perhatikanlah judul berita daring berikut ini.

Akurat.Co, Hasil penelitian terbaru menunjukan bahwa virus corona COVID-19 mampu bertahan lama dari paparan suhu tinggi. Dilansir dari Asia One pada Rabu (15/4), hasil penelitian teranyar tersebut disampaikan oleh Profesor Remi Charrel dan rekan-rekannya dari Universitas Aix-Marseille, Prancis. Mereka mengklaim bagaimana SARS-CoV-2 masih mampu hidup meski mereka telah menaaskan virus dengan suhu mencapai 140bderajat Fahrenheit atau 60 derajat Celsius. Upaya pemanasan itu berlangsung hingga satu jam. Setelah ditempatkan pada lingkungan panas, alih-alih mati, beberapa strain atau galur virus dilaporkan masih mampu membuat replika.

Pada berita tersebut tertulis “mereka telam memanaskan virus dengan suhu mencapai 140 derajat fahrenhaeit atau 60 derajat Celcius”

Kenapa tertulis 140 derajat Fahrenheti? Apakah Fahrenheit adalah skala suhu? Jika fahrenheti adalah skala suhu, kenapa bukan dinyatakan dakam derajat Celcius (⁰C) saja seperti yang sering kalian denganr di Indonesia? Kenpa nilainya berbeda?

 

3.        Mengapa Kita Perlu Mengetahui Skala Suhu?

Contoh di atas adalah pentingnya kita memahami perbedaan skala suhu yang ada dan diakui oleh dunia. Kita juga perlu mengetahui skala suhu apa yang disepakati oleh seluruh ilmuwan dan masyarakat di dunia. Tujuannya adalah agar tidak terjadi kesalahpahaman fatal berkaitan dengan derajat panas yang dimaksud sebenarnya.

Ilmuwan yang terdapat pada berita tersebut beral dari negara Perancis. Secara kultur budaya, informasi mengenai angka suhu di benua Eropa disampaikan melalui skala Fahrenheit (⁰F). Masyarakat di sana juga lebih menegnal ‘rasa’ dari derajat Fahrenheit. Jika kalian berkesempatan berkunjung ke negara-negara di Eropa atau Amerika Seikat, maka kalian tidak akan mendapati informasi suhu dalam skala Celcius seperti halnya di Indonesia. Kalian akan kesulitan menentukan panas atau dinginnya suatu ruang atau benda yang kalian pegang.

Untuk itu kita membutuhkan ukuran pembanding atau yang dikenal sebagai skala. Skala suhu menunjukan seberapa besar nilai suhu benda yang sedang diukur. Kemudian, agar semua orang di seluruh dunia menyimpulkan nilai suhu yang sama maka perlu ditetapkan skala suhu secara internasional. Skala suhu yang disepakati oleh ilmuwan dan diakui dunia. Banyak skala suhu yag telah diusulkan para ahli

 

4.        Bagaiaman Menentukan Skala Suhu?

Pada saat menentukan skala suhu, maka orang perlu menentukan dua peristiwa di mana suhunya ditetapkan terlebih dahulu. Dua peristiwa tersebut harus dapat dihasilkan ulang secara mudah dan teliti dimanapun berada. Dua peristiwa yang sering digunakan sebagai acuan penetapan adalah peleburan es pata tekanan normal dan air mendidih pada tekanan noramal (satu atmosfer).

(a)	(b)

Gambar. (a) suhu peleburan es (b) suhu didih air

Aktivitas Temometer dengan Skala Suhu Termometer sesungguhnya dapat kalian buat secara mandiri di sekolah ataupun di rumah. Perhatikanlah gambar berikut ini. Gambar. Termometer Sederhana Kalian bisa menyediakan alat dana bahan secara mandiri. Sesuaikan dengan bahan yang kalian miliki yang sesuai dengan peruntukannya. Bahan cairan apa saja yang kalian perlukan? Kalian bisa mencari tahu, beberapa cairan tersebut dengan air secukupnya. Jumah masing-masing cairan dapat kalian tentukan sendiri atau kalian bisa bertanya guru atau orang tua di rumah. Kemudian bagaiman cara kalian menentukan titik bawah dan titik atas termometer kalian sendiri? Berapakah angka terkecil dan terbesar yang kalian tuliskan pada skala suhu termometer buatan kalian? Bendingkanlah dengan termometer ruangan yang kalian miliki di rumah atau disekolah.

Aktivitas yang telah kalian lakukan merupakan metode atau teknik yang juga dilakukan untuk menentukan skala pada termometer yang diakui dunia hingga saat ini. Dengan cara demikian, ilmuwan-ilmuwan yang bernama Celcius, Fahrenhait, dan Reamur membuat skala termometernya masing-masing.

Cara penetapan skala suhu Celcius tidak beda jauh dengan cara penentuan skala suhu Reamur. Skala rendah suhu Celcius dan Reamur ditetapkan sama yaitu sebagai suhu es murni yang sedang melebur pada tekanan satu atmosfer sebesar suhu 0 derajat. Sedangkan skala tertinggi yaitu suhu air murni yang sedang mendidih pada tekanan satu atmofer diterapkan sebagai suhu 80 derajat untuk Reamur dan 100 derajat untuk Celcius.

Penetapan skala suhu Fahrenhait sedikit berbeda dengan penetapan skala Celcius dan Reamur. Skala suhu terendah Fahrenhait ditetapkan dari suhu es murni yang sedang melebur pada tekanan satu atmosfer sebagai suhu 32 derajat. Suhu tertinggi pada air murni yang sedang mendidih pada tekanan satu atmosfe deterapkan sebagai suhu 212 derajat. Jadi, ketika kalian memanaskan es yang sedang melebur sehingga menjadi air yang sedang mendidih pada tekanan 1 atmosfer maka kita menaikkan suhu sebesar (212 – 32) = 180 derajat skala Fahrenheit, atau 180⁰F.

Jika suhu zat terus didinginkan maka zat tersebut akan berubah wujud dari gas menjadi cair, lalu berubah menjadi padat. Jika diturunkan terus menerus maka getaran atom-atom dalam zat makin lambat. Ketika diturunkan lagi maka atom-atom zat tidak bergerak lagi atau diam. Untuk semua zat yang ada di alam semesta didapatkan bahwa suhu ketika semua partikel tidak bergerak lagi sama dengan -273⁰C. Skala Kelvin menggunakan nol mutlak, tidak menggunakan “derajat” (tidak dituliskan dalam satuan derajat). Pada suhu nol Kelvin, tidak ada energi panas yang dimiliki benda. Kelvin merupakan skala suhu dalam SI. Dengan demikian, hubungan antara skala kelvin dan celcius adalah

Skala kelvin = Skala celcius + 273

Perbedaan antara keempat skala suhu di atas adalah pada titik tetap bawah dan titik tetap atas pada skala termometer tersebut seperti yang ditunjukan pada gambar

Gambar. Titik tetap bawah dan titik tetap atas

 

5.        Perbandingan Skala Suhu

Agar lebih mudah kalian dapat menuliskan perbandingan skala suhu adalah sebagai berikut.

Perbandingan di atas dapat digunakan untuk menentukan konversi skala suhu. Sebagai contoh, konversi skala suhu dari Celcius ke Fahrenheit.