Bab 5. Energi dalam Sistem Kehidupan

Kompetensi Dasar :

Pengetahuan

3.5 Memahami konsep energi, berbagai sumber energi, dan perubahan bentuk energi dalam kehidupan sehari-hari termasuk fotosintesis.

Keterampilan

4.5 Menyajikan hasil percobaan tentang perubahan bentuk energi termasuk fotosintesis.

Tujuan Pembelajaran :

Setelah mengikuti proses pembelajaran daring, peserta didik dapat :

1. Menjelaskan pengertian energi  dengan benar.

2. Menjelaskan sumber-sumber energi dengan benar.

3. Menjelaskan perubahan energi yang terjadi di alam dan sekitar rumah dengan benar.

4. Menjelaskan hubungan antara energi potensial, energi kinetik dan energi mekanik dengan benar.

5. Menerapkan rumus perhitungan energi potensial, energi kinetik dan energi mekanik dengan benar.

6. Menjelaskan perubahan bentuk energi pada proses fotosintesis dengan benar.

7. Menjelaskan perubahan bentuk energi pada proses respirasi dengan benar.

Assalamualaikum Wr. Wb
Anak-anak, sebelum kita belajar IPA hari ini, jangan lupa untuk berdoa terlebih dahulu. Dengan doa dan upaya kalian yang sungguh-sungguh, Pak Arief yakin kalian akan mampu menguasai materi hari ini. Berikut Peta Konsep materi yang akan kita pelajari.

PETA KONSEP

APERSEPSI

Sebelum melanjutkan membaca ringkasan materi, silakan disimak dulu video berikut ini untuk memberikan gambaran mengenai materi yang akan kita pelajari.

RINGKASAN MATERI

A. Pengertian Energi

• Energi adalah kemampuan untuk menghasilkan suatu kerja/usaha. Jika energi habis, maka suatu benda itu tidak akan bisa melakukan kerja/usaha. Manusia bisa merasa kelelahan sehabis berkegiatan, karena manusia menggunakan energi. Maka, manusia beristirahat dan mengonsumsi makanan serta minuman untuk mengembalikan energi yang hilang.
• Dalam satuan internasional (SI), satuan untuk menunjukkan energi adalah joule. Selain itu, untuk menyatakan energi dalam bentuk kimia digunakan kalori dan kWh untuk menyatakan energi listrik. 

B. Macam-Macam Bentuk Energi
1.      Energi Kalor (Panas)
Energi kalor atau energi panas merupakan jenis energi yang dapat mengakibatkan terjadinya perubahan suhu maupun perubahan wujud zat tertentu. Energi kalor ini umumnya merupakan hasil sampingan dari perubahan bentuk bentuk energi lainnya.
Contoh energi kalor misalnya saat memanaskan air dengan api, suhu dari api akan berpindah ke air sehingga membuat air mendidih.

2.      Energi Kinetik (Gerak)
Energi kinetik atau energi gerak adalah jenis energi yang ada dalam gerakan atau energi yang berhubungan dengan pergerakan suatu benda. Semakin besar kecepatan benda bergerak, maka semakin besar pula besaran energi kinetik yang dihasilkan.
Contoh energi kinetik misalnya saat bola menggelinding, kendaraan yang bergerak, air yang mengalir di sungai, dan sebagainya.

3.      Energi Potensial

Energi potensial adalah jenis energi yang dimiliki oleh suatu benda dikarenakan posisinya atau kedudukannya terhadap suatu acuan.  Pada dasarnya, semua benda di atas permukaan bumi memiliki energi potensial yang diakibatkan gaya gravitasi bumi.
Contoh energi potensial misalnya batu pada ketinggian tertentu memiliki energi potensial untuk jatuh, begitu pula pada contoh lain seperti pegas atau anak panah.

4.      Energi Bunyi
Energi bunyi merupakan bentuk energi yang dihasilkan dari suatu benda yang bergetar. Bunyi kemudian merambat melalui perantara udara. Partikel partikel udara yang bergetar tersebut menimbulkan getaran bunyi. Benda yang dapat menghasilkan bunyi di sebut sumber bunyi.
Contoh energi bunyi misalnya lonceng yang berbunyi, petir yang menggelegar, kemudian juga pada alat musik seperti drum, trumpet, gitar, dan sebagainya.

5.      Energi Cahaya
Energi cahaya merupakan jenis energi yang diperoleh dari benda-benda yang mampu memancarkan cahaya. Bentuk energi cahaya terbesar tentunya berasal dari cahaya matahari, yang bisa diubah menjadi energi listrik melalui sel surya.
Contoh energi cahaya misalnya pada cahaya matahari, juga benda lain yang bisa menghasilkan cahaya seperti lilin, lampu pijar, dan sebagainya.

6.      Energi Listrik
Energi listrik adalah jenis energi yang timbul karena adanya perpindahan muatan-muatan listrik. Energi listrik menjadi jenis energi yang paling banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Listrik digunakan untuk menggunakan alat-alat elektronik rumah tangga.
Contoh energi listrik digunakan untuk penerangan untuk menyalakan lampu, juga digunakan untuk alat elektronik lain seperti kulkas, TV atau mesin cuci.

7.      Energi Kimia
Energi kimia adalah jenis energi yang dilepaskan selama proses reaksi kimia. Energi ini dihasilkan oleh suatu zat yang membentuk proses reaksi kimia untuk diubah menjadi energi tertentu. Makanan yang sering kita makan juga mengandung unsur kimia di dalamnya.
Contoh energi kimia misalnya senter bisa menyala karena reaksi kimia pada baterai, atau reaksi pada aki kendaraan.

8.      Energi Nuklir
Energi nuklir adalah jenis energi yang dihasilkan dari proses reaksi nuklir. Reaksi nuklir terjadi di inti atom yang pecah atau bergabung menjadi inti atom yang lain dan partikel lain. Energi yang dihasilkan reaksi nuklir sangatlah besar sehingga dapat digunakan sebagai pembangkit listrik.
Contoh energi nuklir misalnya bisa dilihat pada reaktor-reaktor nuklir atau pada kasus bom atom.

9.      Energi Pegas
Energi pegas adalah jenis energi yang ada pada semua benda yang lentur atau elastis. Saat kita memberikan gaya pada benda itu, maka energi yang dihasilkan ialah energi potensial. Sedangkan, saat dilepaskan makan energinya berubah menjadi energi kinetik.
Contoh energi pegas misalnya dapat ditemukan pada benda-benda lentur dan elastis seperti trampolin, ketapel, busur, per, dan sebagainya.

10.  Energi Mekanik
Energi mekanik adalah jenis energi yang dimiliki oleh benda dikarenakan sifat geraknya. Jenis energi ini terdiri dari energi potensial dan energi kinetik. Besarnya energi mekanik merupakan penjumlahan antara besarnya energi kinetik dengan energi potensial.
Contoh energi mekanik misalnya saat kaki kita terasa sakit ketika kejatuhan buah dari pohon.

C.    Perubahan Bentuk Energi
Menurut Hukum Kekekalan Energi, energi tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan. Energi hanya dapat diubah bentuknya dari bentuk satu ke bentuk lain. Berikut ini contoh-contoh perubahan energi yang sering kita jumpai.

1.      Perubahan energi kimia menjadi energi panas
Perubahan ini terjadi pada kompor gas dimana dihasilkan energi utama berupa panas. Selain itu juga dihasilkan energi cahaya.
2.      Perubahan energi listrik menjadi energi panas
Perubahan ini terjadi pada solder, kompor listrik, dan setrika listrik.
3.      Perubahan energi listrik menjadi energi gerak
Perubahan ini terjadi pada kipas angin, mixer, dan blender.
4.      Perubahan energi kimia menjadi energi listrik
Perubahan ini terjadi pada akumulator (aki) yang sedang diisi.
5.      Perubahan energi listrik menjadi energi cahaya
Perubahan ini terjadi pada lampu listrik.
6.      Perubahan energi kimia menjadi energi cahaya
Perubahan ini terjadi pada senter, lampu petromaks, dan lilin.
7.      Perubahan energi kimia menjadi energi bunyi
Perubahan ini terjadi pada radio baterai, mainan anak - anak.
8.      Perubahan energi listrik menjadi energi bunyi
Perubahan ini terjadi pada gitar listrik, radio listrik.
9.      Perubahan energi gerak menjadi energi listrik
Perubahan ini terjadi pada PLTA dan dinamo sepeda.
10.  Perubahan energi kimia menjadi energi gerak
Perubahan ini terjadi pada mobil dan kendaraan.

D. Sumber Energi

• Sumber energi adalah segala sesuatu yang menghasilkan energi. Energi dikelompokkan berdasarkan bisa dan tidak bisanya energi tersebut diperbarui. Energi yang dapat diperbarui (Renewable energi), contohnya adalah biogas. Energi yang tak bisa diperbarui (Non Renewable energi), contohnya adalah energi fosil, energi nuklir dan energi panas bumi.  
• Energi yang dapat diperbarui adalah energi yang bersumber dari makhluk hidup yang dapat dibudidayakan oleh manusia. Contohnya antara lain tanaman, hewan, biogas, dan sampah biologis. Sedangkan, energi tak terbarukan adalah energi yang diambil dari hasil - hasil tambang.
• Energi alternatif adalah energi yang dapat dimanfaatkan sebagai pengganti energi atau bahan bakar konvensional. Atau adalah energi yang digunakan dengan bertujuan untuk menggantikan bahan bakar yang ada saat ini tanpa akibat yang tidak diharapkan dari hal tersebut. Energi alternatif antara lain air, panas bumi, dan angin.

E.    Energi Potensial
Energi potensial adalah jenis energi yang dimiliki oleh suatu benda dikarenakan posisinya atau kedudukannya terhadap suatu acuan. Pada dasarnya, semua benda di atas permukaan bumi memiliki energi potensial yang diakibatkan gaya gravitasi bumi.
Contoh energi potensial misalnya batu pada ketinggian tertentu memiliki energi potensial untuk jatuh, begitu pula pada contoh lain seperti pegas atau anak panah.

Kesimpulan :

• Semakin ke bawah, semakin cepat pergerakannya (semakin besar kecepatannya)
• Semakin ke bawah, Ep semakin kecil karena ketinggian semakin kecil

Contoh Soal :

1. Buah pepaya bermassa 500 g tergatung pada tangkainya yang berada pada ketinggian 2 m dari atas tanah. Jika percepatan gravitasi bumi adalah 10 m/s2 tentukan besar energi potensial yang dimiliki oleh buah pepaya tadi !

Diketahui:
Massa pepaya (m) = 500 g = 0,5 kg
percepatan gravitasi bumi (g) = 10 m/s²

ketinggian (h) = 2 m
Ditanyakan: Ep
Jawab:
Ep = m g h
Ep = 0,5 x 10 x 2
Ep = 10 joule

2. Sebuah benda berada pada ketinggian 5 m dari atas tanah. Jika energi potensial benda tersebut adalah 2500 joule dan percepatan gravitasi bumi adalah 10 m/s², tentukan massa benda tersebut !

Diketahui:
Ep = 2500 joule
g = 10 m/s²

h = 5 m
Ditanyakan: m

Jawab:

Ep = m g h
2500 = m x 10 x 5
2500 = 50 m
m = 2500 / 50
m = 50 kg

F.     Energi Kinetik
Energi kinetik atau energi gerak adalah jenis energi yang ada dalam gerakan atau energi yang berhubungan dengan pergerakan suatu benda. Semakin besar kecepatan benda bergerak, maka semakin besar pula besaran energi kinetik yang dihasilkan. Contoh energi kinetik misalnya saat bola menggelinding, kendaraan yang bergerak, air yang mengalir di sungai, dan sebagainya.

Kesimpulan :

• Semakin ke bawah, semakin cepat pergerakannya (semakin besar kecepatannya)
• Semakin ke bawah, Ek semakin besar karena kecepatan semakin besar

Contoh Soal :

1. Sebuah mobil memiliki massa 500 kg melaju dengan kecepatan 25 m/s. Hitung energi kinetik mobil pada kelajuan tersebut ! Apa yang akan terjadi jika mobil direm secara mendadak?
Diketahui:
Massa mobil (m) = 500 kg
Kecepatan mobil (v) = 25 m/s
Ditanyakan:
Ek dan kejadian jika mobil direm mendadak
Jawab:
Energi kinetik mobil sedan dapat dihitung sebagai berikut:
Ek = 1/2 m v²
Ek = 1/2 . 500 . (25)²
Ek = 156.250 Joule

Ketika mobil direm, mobil akan berhenti. Energi kinetik akan berubah menjadi energi kalor/ panas dan energi bunyi yang ditimbulkan oleh gesekan antara rem dengan as roda dan ban mobil dengan jalan.

2. Sebuah mobil jip mempunyai energi kinetik sebesar 40.000 Joule. Jika mobil tersebut mempunyai massa sebesar 800 kg, maka kecepatan mobil jip tersebut adalah …

Diketahui:
Ek = 40.000 Joule
m = 800 kg
Ditanyakan: v
Jawab:
Ek = 1/2 m v²
v² = 2Ek/m
v² = 2 x 40.000 / 800
v = √100 
v = 10 m/s

Jadi kecepatan mobil jip adalah 10 m/s

G.    Energi Mekanik
Energi mekanik adalah jenis energi yang dimiliki oleh benda dikarenakan sifat geraknya. Jenis energi ini terdiri dari energi potensial dan energi kinetik. Besarnya energi mekanik merupakan penjumlahan antara besarnya energi kinetik dengan energi potensial.

Contoh : Bola yang di lempar ke atas.
Fakta yang didapatkan yaitu :

• Semakin ke atas, energi potensial membesar dan energi kinetik mengecil.
• Saat jatuh lagi, energi potensial mengecil dan energi kinetik membesar.
• Berubah arah gerak saat sudah mencapai titik tertingginya.
• Saat jatuh menimbulkan suara. Jadi, saat jatuh di atas permukaan, energi potensial dan energi kinetik berubah menjadi energi bunyi. 

Contoh Soal :
Seekor burung sedang melayang terbang pada ketinggian 10 m di atas tanah dengan kecepatan konstan sebesar 10 m/s. Jika massa burung adalah 2 kg, maka tentukan:
a) Energi kinetik burung
b) Energi potensial burung
c) Energi mekanik burung
Diketahui:
m = 2 kg
g = 10 m/s²
h = 10 m
Ditanyakan:
a) Ek

b) Ep

c) Em
Jawab:
a) Ek = 1/2 mv2

     Ek = 1/2 x 2 x 102
     Ek = 100 joule

b) Ep = m g h
    Ep = 2 x 10 x 10
    Ep = 200 joule

c) Em = Ep + Ek
    Em = 200 + 100
    Em = 300 joule

H. Makanan sebagai Sumber Energi

Energi yang dibutuhkan oleh manusia adalah makanan. Makanan adalah salah satu bentuk energi kimia karena apa yang masuk ke dalam tubuh direaksikan / diproses dengan cara kimia. Makhluk hidup dibagi menjadi dua, yaitu Autotrof dan heterotrof. Autotrof dapat menghasilkan makanannya sendiri, yaitu Tumbuhan. Heterotrof mengambil makanan dari makhluk hidup lain. Contohnya adalah manusia dan hewan.

Energi yang kita konsumsi adalah makanan yang mengandung :

1. Karbohidrat (utama), adalah makanan yang mengandung zat tepung untuk memberi energi. Nasi terasa manis saat kita kunyah karena di dalam mulut kita terdapat ludah dan enzim Ptialin/Amilase. 1 gram karbohidrat mengandung 4.1 kalori.
2. Protein, adalah zat pembangun tubuh agar dapat bertumbuh dan berkembang. Protein ada 2 jenis yaitu, protein hewani dan protein nabati. Protein tidak akan punya lemak jenuh. Lemak jenuh hewani jika mengendap akan menyumbat pembuluh darah. 1 gram protein mengandung 4.1 kalori.
3. Lemak dapat dibuat sendiri oleh tubuh. Berasal dari karbohidrat yang tidak terpakai. Akhirnya tertimbun dan menjadi lemak yang tertimbun di bawah kulit. Lemak adalah sumber energi kaya yang membantu penyerapan Vitamin A, D, E, dan K dan pembetukan hormon di dalam tubuh. Sumber lemak terbaik (lemak tak jenuh) adalah alpukat, kacang-kacangan, sayur hijau, dan buah-buahan. 1 gram lemak mengandung 9.3 kalori.
4. Mineral, yaitu suatu zat yang dibutuhkan untuk metabolisme tubuh. Contohnya yaitu kalsium, fosfor, dan zat besi. 
5. Vitamin, berfungsi untuk menjaga keseimbangan dan kesehatan tubuh.
6. Air, makanan yang kaya dengan air dapat membantu memenuhi kebutuhan air harian dan menghindarkan tubuh dari dehidrasi. Contoh makanan yang kaya akan air adalah semangka, stroberi, blewah, persik, jeruk, susu krim, mentimun, selada, seledri, sup, yoghurt, tomat, paprika, anggur, air kelapa, apel, kubis, dan nanas.

I.     Transformasi Energi Dalam Sel

Bagaimana Makhluk Hidup memperoleh energi?

1.      Transformasi Energi oleh Klorofil
Klorofil adalah zat hijau daun yang terdapat di dalam kloroplas. Klorofil berfungsi untuk melancarkan proses fotosintesis. Transformasi ini hanya dilakukan oleh tumbuhan saja.
2.      Transformasi Energi oleh Mitokondria
Mitokondria adalah organel yang terdapat di dalam sel, yang memiliki peran dalam respirasi sel. Di dalam Mitokondria, energi kimia digunakan untuk mengubah karbohidrat, protein, dan lemak. 
 
J.    Metabolisme Sel
Metabolisme adalah proses kimia yang terjadi di dalam sel makhluk hidup. Penyatuan / penyusunan energi disebut anabolisme. Penguraian energi disebut katabolisme.
1.      Fotosintesis
Fotosintesis adalah proses perubahan energi cahaya menjadi energi kimia dalam bentuk glukosa atau proses pembentukan glukosa dari karbondioksida dan air dengan bantuan cahaya matahari. Reaksi kimia fotosintesis yaitu :

Percobaan Fotosintesis :

• Ingenhousz (1799) : Percobaan ini menggunakan tanaman air Hydrilla verticillata di bawah corong yang terbalik. Jika tanaman tersebut terkena cahaya matahari, maka timbulah gelembung – gelembung gas. Gas ini ternyata adalah oksigen (O₂). 
  
• Engelmann (1822) : Percobaan ini menggunakan ganggang hijau Spirogyra sp. Yang kloroplasnya berbentuk spiral. Ternyata bakteri oksigen hanya berkerumun pada kloroplas yang terkena cahaya. Ini  membuktikan bahwa klorofil adalah faktor keharusan dalam proses fotosintesis.
  
• Sachs (1860) : Percobaan ini dilakukan dengan daun yang ditutup kertas timah/karbon lalu diuji dengan iodium/lugol. Ilmuwan ini membuktikan bahwa fotosintesis menghasilkan karbohidrat berupa amilum. Adanya amilum dibuktikan dengan melakukan uji iodium/lugol pada daun yang tertutup, daun ini berubah warna menjadi biru kehitaman, sedangkan pada daun yang tidak ditutup tidak terjadi perubahan warna.
  

2.      Respirasi
Respirasi adalah pelepasan energi yang tersimpan dalam zat sumber energi melalui proses kimia dengan oksigen. Respirasi dibagi menjadi dua, yaitu :

a. Respirasi Aerob
Yaitu respirasi yang membutuhkan oksigen (O₂) untuk menguraikan glukosa (katabolisme). Reaksi kimia respirasi aerob adalah :

C6H12O6  + 6O2 –> 6CO2 + 6H2O + Energi

b. Respirasi Anaerob
Yaitu respirasi yang tidak membutuhkan oksigen (O₂) untuk menguraikan glukosa (katabolisme). Reaksi kimia respirasi anaerob adalah :

 C6H12O6 –> 2C2H5OH + 2CO2 + Energi

REFERENSI

• Video referensi :
Beberapa video referensi terkait materi bisa dilihat dengan cara klik pada gambar. 

PENUGASAN MANDIRI

• Tugas dikerjakan di buku tugas kemudian difoto.
• Tugas dikumpulkan melalui WA ke nomor HP Pak Arief maksimal 1 hari setelah pemberian tugas.
• Jangan lupa sampaikan salam dan perkenalkan diri dulu saat mengirimkan tugas.

Soal Latihan :

1. Sebuah sepeda memiliki massa 40 kg bergerak dengan mengeluarkan energi kinetik sebesar 720 Joule. Tentukan kecepatan sepeda tersebut !

2. Sebutir peluru bermassa 10 gram bergerak dengan kecepatan 100 m/s. Tentukan besar energi kinetik peluru tersebut !

3. Diketahui energi potensial suatu benda pada ketinggian 5 meter sebesar 6000 J, Tentukan massa benda jika diketahui percepatan gravitasi bumi (g) adalah 10 m/s² !

4. Andi melempar bola bermassa 200 gram dengan kecepatan 20 m/s dari atas pohon yang memiliki ketinggian 3 m dari permukaan  tanah. (Percepatan gravitasi bumi (g) adalah 10 m/s²⁾

 Tentukan :

a. energi kinetik bola

b. energi potensial bola

c. energi mekanik bola

~ Tetap Semangat Belajar IPA #dirumahaja ~

Bab 4. Suhu dan Perubahannya (Materi 4 : Hubungan Kalor dan Perubahan Wujud Zat)

Kompetensi Dasar :

Pengetahuan

3.4 Memahami konsep suhu, pemuaian, kalor, perpindahan kalor, dan penerapannya dalam kehidupan sehari-hari termasuk mekanisme menjaga kestabilan suhu tubuh pada manusia dan hewan.

Keterampilan

4.4 Melakukan percobaan untuk menyelidiki pengaruh kalor terhadap suhu dan wujud benda serta perpindahan kalor.

Tujuan Pembelajaran :

Setelah mengikuti proses pembelajaran daring, peserta didik dapat :

1. Mendeskripsikan hubungan kalor dengan perubahan wujud dengan benar.

2. Melakukan perhitungan jumlah kalor pada perubahan wujud zat dengan benar.

Assalamualaikum Wr. Wb
Anak-anak, sebelum kita belajar IPA hari ini, jangan lupa untuk berdoa terlebih dahulu. Dengan doa dan upaya kalian yang sungguh-sungguh, Pak Arief yakin kalian akan mampu menguasai materi hari ini. Berikut Peta Konsep materi yang akan kita pelajari.

PETA KONSEP

APERSEPSI

Sebelum melanjutkan membaca ringkasan materi, silakan disimak dulu video berikut ini untuk memberikan gambaran mengenai materi yang akan kita pelajari.

RINGKASAN MATERI

A. Perubahan Wujud

• Jika suatu zat yang saat telah mencapai titik leburnya dan terus diberikan kalor, maka kalor tersebut tidak digunakan untuk mengubah suhu dari zat tersebut, tetapi digunakan untuk mengubah wujud zat. Kalor yang digunakan untuk mengubah wujud zat disebut dengan kalor laten.
• Suatu zat dapat mengalami perubahan wujud jika zat tersebut menerima kalor atau melepaskan kalor. Agar lebih mudah dalam memahaminya perhatikan diagram berikut.

Keterangan:

1 : mencair/melebur (memerlukan kalor / panas)

2 : membeku (melepaskan kalor / panas)

3 : menguap (memerlukan kalor / panas)

4 : mengembun (melepaskan kalor / panas)

5 : menyublim (memerlukan kalor / panas)

6 : mengkristal (melepaskan kalor / panas)

• Saat terjadi perubahan wujud zat dari satu bentuk ke bentuk yang lain terjadi juga perubahan susunan partikel dan gerak partikel dari benda tersebut. 
• Berikut gambar terkait dengan gerak partikel pada masing-masing wujud.

 Sumber : Oxford IB Diploma Progamme : physics

B. Kalor Laten

• Kalor laten adalah kalor yang digunakan untuk mengubah wujud zat.
• Kalor laten ada dua jenis yakni :
1. Kalor laten yang digunakan untuk proses melebur (dari zat padat ke zat cair) atau sebaliknya yaitu proses membeku (dari zat cair ke zat padat).
2. Kalor laten yang digunakan untuk proses menguap (dari zat cair ke zat gas) atau sebaliknya yaitu proses mengembun (dari zat gas ke zat padat).
• Kalor laten yang digunakan untuk proses melebur secara matematis dapat ditentukan dengan persamaan

        Q_L = m . L

        Dimana L adalah kalor lebur zat (J/kg)

• Kalor laten yang digunakan untuk proses menguap secara matematis dapat ditentukan dengan persamaan

        Q_U = m . U

        Dimana U adalah kalor uap zat (J/kg)

• Suatu zat yang menerima kalor (dipanaskan) atau melepaskan kalor (didinginkan) akan mengalami beberapa proses perubahan suhu dan perubahan wujud seperti yang digambarkan pada grafik di bawah ini.

• Berdasarkan grafik di atas, perubahan suhu yang terjadi dapat menyebabkan perubahan suhu (grafik yang miring) dan perubahan wujud (grafik yang lurus)

C. Grafik Perubahan Wujud Air

Salah satu fenomena yang sering dibahas di dalam kelas adalah grafik suhu terhadap waktu untuk perubahan wujud air seperti yang terlihat di bawah ini

Berdasarkan grafik di atas dapat diketahui :

m_es = m_air (hanya wujudnya saja yang berubah tetapi massanya tetap)

1. Q_AB = Q₁ = m_es c_es ( 0 - (-10) )

2. Q_BC = Q₂ = m_es L_es

3. Q_CD = Q₃ = m_es c_air ( 100 - 0 )

4. Q_DE = Q₄ = m_es U_air

5. Q_EF = Q₅ = m_es c_air ( 150 - 100 )

Berdasarkan grafik di atas, jumlah kalor yang diperlukan bergantung pada proses yang terjadi misalkan :

Q_AC = Q₁ + Q₂

Q_BE = Q₂ + Q₃ + Q₄
Q_total = Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₄ + Q₅

Tips:

• Perhatikan satuan dari kalor jenis yang digunakan dalam soal. Jika dalam J/kg^oC maka massa benda juga harus dalam kg, dan jika satuan kalor jenis benda dalam kal/g^oC maka massa benda dalam gram.
• Semakin besar kalor jenis suatu benda, maka benda tersebut semakin susah untuk dipanaskan.
• Perhatikan juga kalor jenis yang digunakan, harus sesuai dengan bentuk zatnya.
• Perhatikan perubahan suhu pada persamaan di atas, harus sesuai dengan kalor yang akan dihitung.

D. Asas Black

• Jika ada dua benda yang berbeda suhunya dicampur atau saling bersentuhan maka benda yang bersuhu tinggi akan kehilangan kalor sehingga suhunya menurun dan benda yang bersuhu rendah akan mendapatkan kalor sehingga suhunya akan meningkat. 
• Konsep ini pertama kali dikemukakan oleh Joseph Black (1728 - 1799) seorang fisikawan asal Skotlandia pada tahun 1760 yang dikenal sebagai Asas Black. 
• Secara umum Asas Black berbunyi “Jumlah kalor yang dilepaskan oleh benda bersuhu tinggi sama dengan jumlah kalor yang diterima oleh benda bersuhu rendah” dan secara matematis dapat ditulis :

Q_lepas = Q_terima

• Benda yang awalnya bersuhu tinggi akan mengalami penurunan suhu (melepaskan kalor) hingga suatu saat suhunya menjadi konstan sedangkan benda yang awalnya bersuhu rendah akan mengalami peningkatan suhu (menerima kalor) hingga suatu saat suhunya menjadi konstan. Suhu konstan yang dicapai kedua benda ini disebut dengan kesetimbangan termal.

CONTOH SOAL

1. Sepotong es massanya 500 gram dan suhunya -10o C dipanaskan sampai menguap. Jika kalor jenis es = 2.100 J/kgoC , kalor jenis air = 4200 J/kgoC,  kalor lebur es = 336.000 J/kg, dan kalor uap air 2.268.000 J/kg, maka tentukan jumlah kalor total yang dibutuhkan untuk mengubah wujud zat dari proses A ke E !

Pembahasan:

Diketahui:

mes = mair= 500 gram = 0,5 kg

TA = -10o C

TB = 0o C

TC = 0o C

TD = 100o C

Ces = 2.100 J/kgoC

Cair = 4.200 J/kgoC

Les = 336.000 J/kg

Uair = 2.268.000 J/kg

Ditanyakan : Qt A-B-C-D-E

Jawab :

Peristiwa 1: A – B : Perubahan suhu (dari -10o C ke 0o C )

Kalor yang dibutuhkan (Q1):

Q1 = mes x Ces x (TB -TA)

Q1 = 0,5 kg x 2.100 J/kg x [0 - (-10)] oC

Q1 = 10.500 J

Peristiwa 2 : B – C : Perubahan wujud zat (melebur)

Kalor yang dibutuhkan (Q2):

Q2 = mes  x Les

Q2 =  0,5 kg x 336.000 J/kg

Q2 = 168.000 J

Peristiwa 3 : C – D : Perubahan suhu (dari 0o C ke 100o C)

Kalor yang dibutuhkan (Q3):

Q3 = mair x Cair x (TD -TC)

Q3 = 0,5 kg x 4.200 J/kgoC x (100 - 0) oC

Q3 = 210.000 J

Peristiwa 4 : D – E : Perubahan wujud zat (menguap)

Kalor yang dibutuhkan (Q4):

Q4 = mair  x Uair

Q4 =  0,5 kg x 2.268.000 J/kg

Q4 = 1.134.000 J

Kalor total (Qt) :

Qt = Q1 + Q2 + Q3 + Q4

Qt = 10.500 J + 168.000 J + 210.000 J + 1.134.000 J

Qt = 1.552.500 J = 1.552,5 kJ

2. Tentukan banyaknya kalor yang diperlukan 200 gram es pada proses B ke D, jika kalor jenis es = 0,5 kal/g°C , kalor jenis air = 1 kal/g°C dan kalor lebur es 80 kal/g !

Pembahasan:

Diketahui:

mes = mair= 200 gram 

TA = -10o C

TB = 0o C

TC = 0o C

TD = 100o C

Ces = 0,5 kal/goC

Cair = 1 kal/goC

Les = 80 kal/g

Ditanyakan : Qt B-C-D

Jawab :

Peristiwa 1 : B – C : Perubahan wujud zat (melebur)

Kalor yang dibutuhkan (Q1):

Q2 = mes  x Les

Q2 =  200 g x 80 kal/g

Q2 = 16.000 kal

Peristiwa 2 : C – D : Perubahan suhu (dari 0o C ke 50o C)

Kalor yang dibutuhkan (Q2):

Q2 = mair x Cair x (TD -TC)

Q2 = 200 g x 1 kal/goC x (50 - 0) oC

Q2 = 10.000 kal

Kalor total (Qt) :

Qt = Q1 + Q2 

Qt = 16.000 kal + 10.000 kal

Qt = 26.000 kal = 26 kkal

3. Air bermassa 200 gram bersuhu 30°C dicampur air mendidih bermassa 100 gram dan bersuhu 90°C. (Kalor jenis air = 1 kal/gram°C). Tentukan suhu air campuran pada saat keseimbangan termal !
Pembahasan
Diketahui :
Massa air 1 (m1) = 200 gram
Suhu air 1 (T1) = 30^oC
Massa air 2 (m2) = 100 gram
Suhu air 2 (T2) = 90^oC
Kalor jenis air (c) = 1 kal/gram°C
Ditanyakan : suhu akhir campuran (TC)
Jawab :

Kalor yang dilepas air bersuhu tinggi = kalor yang diterima air bersuhu rendah
                                               Q_lepas = Q_terima
                             m₂ x c_air x (T₂ -T_C) = m₁ x c_air x (T_C -T₁)
                               100 x 1 x (90 -T_C) =  200 x 1 x (T_C - 30)
                                        100 (90 -T_C) =  200 (T_C - 30)
                                       9000 - 100T_C =  200T_C - 6000
                                        9000 + 6000 =  200T_C + 100T_C
                                                  15000 =  300T_C
                                                        T_C = 15000/300 = 50^oC

4. Logam tembaga bersuhu 100^oC dimasukkan ke dalam air yang bermassa 128 gram dan bersuhu 30 ^oC. Kalor jenis air 1 kal/g ^oC dan kalor jenis tembaga 0,1 kal/g ^oC. Jika kesetimbangan termal terjadi pada suhu 36 ^oC, maka tentukan massa logam tersebut !

Pembahasan
Diketahui :
Massa air (m2) = 128 gram
Suhu tembaga (T1) = 100^oC
Suhu air (T2) = 30^oC

Suhu kesetimbangan/campuran (TC) = 36^oC
Kalor jenis tembaga (c1) = 0,1 kal/gram°C

Kalor jenis air (c2) = 1 kal/gram°C
Ditanyakan : massa tembaga (m1)
Jawab :

Kalor yang dilepas air bersuhu tinggi = kalor yang diterima air bersuhu rendah
                                               Q_lepas = Q_terima
                              m₁ x c₁ x (T₁ -T_C) = m₂ x c₂ x (T_C -T₂)
                          m₁ x 0,1 x (100 - 36) = 128 x 1 x (36 - 30)
                                   m₁ x 0,1 x (64) = 128 (6)

                                                6,4 m₁ =  768

                                                      m₁ = 768 / 6,4 = 120 gram 

REFERENSI

• Video referensi :
Beberapa video referensi terkait materi bisa dilihat dengan cara klik pada gambar. 

PENUGASAN MANDIRI

• Tugas dikerjakan di buku tugas kemudian difoto.
• Tugas dikumpulkan melalui WA ke nomor HP Pak Arief maksimal 1 hari setelah pemberian tugas.
• Jangan lupa sampaikan salam dan perkenalkan diri dulu saat mengirimkan tugas.

Soal Latihan :

1. Jika massa es 2 kg, kalor jenis es 2.100 J/KgoC, kalor lebur es 336.000 J/KgoC, dan kalor jenis air adalah 4.200 J/KgoC, maka tentukan kalor yang dibutuhkan dalam proses dari P-Q-R-S !

2. Sebuah gelas berisi air yang dingin dengan massa 200 gram pada suhu 20^oC dicampurkan dengan air yang panas yang memiliki massa 100 gram pada 80^oC. Jika gelas dianggap tidak menerima kalor maka berapakah suhu akhir campuran dari air dingin dan air panas itu ? (Kalor jenis air 1 kal/g ^oC)

~ Tetap Semangat Belajar IPA #dirumahaja ~