E-LKPD FISIKA MODEL PROBLRM BASED LEARNING PADA BAHAN AJAR SUHU DAN KALOR UNTUK SMA/MA KELAS XI TAHUN 2022

E-LKPD FISIKA

DENGAN MODEL PROBLEM BASED LEARNING

D PERUBAHAN WUJUD

Zat dapat berada dalam tiga wujud, yaitu wujud padat, cair, dan gas, bergantung pada
jenis zat tersebut. Akibat pengaruh suhu yang dimiliki oleh zat, zat padat berada pada ketiga
wujud tersebut pada saat terjadi perubahan wujud dari padat menjadi cair, atau sebaliknya, dari
cair menjadi gas, atau sebaliknya, selalu disertai dengan pelepasan atau penyerapan kalor.
Akan tetapi, dalam setiap perubahan wujud tidak disertai dengan perubahan suhu. Jadi, suhu
zat tersebut tetap. Sebagai contoh, pada saat es sedang mencair, terjadi perubahan wujud dari
padat ke cair, suhunya tetap 0℃. Demikian juga pada saat terjadi penguapan dari air es suhu
100℃ menjadi uap atau gas, suhunya tetap menjadi 100℃.

Besarnya kalor yang dibutuhkan atau dilepaskan pada saat terjadi perubahan wujud
memenuhi persamaan berikut.

Q = mL
keterangan:
Q = kalor yang diterima atau kalor yang dilepaskan (Joule)
m = massa zat (kg)
L = kalor laten penguapan atau pembekuan (J/kg)
Kalor laten atau L pada saat es mencair atau air membeku pada suhu 0℃ sama. Demikian juga
kalor laten penguapan atau pengembunan pada air atau uap bersuhu 100℃ sama.
a. Kalor laten penguapan air dan pengembunan uap pada tekanan standar dan suhu 100℃

adalah 540 kal/g atau 2268 kJ/kg.
b. Kalor laten pembekuan air dan pencairan es pada tekanan standar dan suhu 0℃ 80 kal/g

atau 336 kJ/kg.

40

E-LKPD FISIKA

DENGAN MODEL PROBLEM BASED LEARNING

1 Melebur dan Membeku

Melebur adalah perubahan wujud zat dari padat menjadi cair. Membeku

adalah perubahan wujud zat cair menjadi padat. Titik lebur adalah suhu pada waktu

zat melebur.

Kalor lebur secara matematis di tulis sebagai berikut:

Lb = atau Q = mLb


keterangan :

Lb = kalor lebur (J/kg)
Q = kalor (J)
m = massa (kg)

2 Menguap, Mendidih, dan Mengembun

Menguap adalah perubahan wujud zat dari cair menjadi uap. Mendidih

adalah penguapan yang terjadi diseluruh bagian zat cair dan hanya dapat terjadi pada
titik didih. Mengembun adalah perubahan wujud dari gas menjadi cair. Kalor uap
suatu zat sama besar dengan kalor embun zat tersebut. Secara matematis kalor didih

dirumuskan sebagai berikut:

Lv = atau Q = mLv


keterangan:

Lv = kalor didih J/kg
Q = kalor (J)

m = massa (kg)

Sumber: Dokumentasi penulis

Gambar 4.3 Air dikatakan mendidih
jika terjadi proses
penguapan diseluruh
bagian air dalam panci.

41

E-LKPD FISIKA

DENGAN MODEL PROBLEM BASED LEARNING

3 Menyublim dan Deposisi

Menyublim adalah perubahan wujud dari padat langsung menjadi gas (tanpa
melalui wujud cair). Deposisi adalah kebalikan dari menyublim, yakni langsung dari
wujud gas ke wujud padat.

4 Hubungan Antara Perubahan Suhu dan Perubahan Wujud

Jika anda membuat grafik hubungan antara penyarapan kalor (Q) dan perubahan
suhu yang dialami oleh air, mulai dari wujud es pada suhu –T1 hingga seluruhnya menjadi
uap pada pada suhu 100℃, akan didapatkan grafik seperti pada gambar 4.4.

T(℃) DE
100

0 B C Q (kalor)
-T1 A

Gambar 4.4 Grafik perubahan suhu dan perubahan wujud terhadap

penyerapan kalor oleh air.

Berikut proses yang terjadi pada pemanasan air hingga menjadi air mendidih.

a. Proses A-B
Suhu es –T1 ℃ menyerap kalor sebesar Q1 sehingga suhunya menjadi 0℃ dan tetap
berwujud es.

Q1 = mes ces ∆ es = mes ces (0o – (-T1)) = mes ces 1

42

E-LKPD FISIKA

DENGAN MODEL PROBLEM BASED LEARNING

b. Proses B-C
Terjadi perubahan wujud dari es (0 ℃) menjadi air (0 ℃), pada suhu tetap.

c. Proses C-D
Suhu air 0o naik hingga mencapai suhu 100℃, tetapi masih dalam wujud cair.

d. Proses D-E
Terjadi perubahan wujud dari air (100℃) menjadi uap (100℃), pada suhu tetap.
Q4 = mair L (kalor uap)

5 Aplikasi Dalam Kehidupan

Lemari es merupakan aplikasi dalam bidang teknologi yang menggunakan
prinsip bahwa pada waktu menguap diperlukan kalor adalah pada lemari es dan
pendingin udara. Prinsip kerja mesin pendingin (lemari es) mirip seperti penguapan eter.
Zat pendingin pada lemari es yangtelah menguap tidak dibuang, tetapi dimampatkan oleh
sebuah pompa hingga mencair kembali.

Berapa kalor yang diperlukan untuk mengubah 500 g es dari -10℃ ?
Jawab:
Diketahui:
M = 500 g = 0,5 kg
Ces = 2.100 J/kgK
Cair = 2.010 J/kgK

43

E-LKPD FISIKA

DENGAN MODEL PROBLEM BASED LEARNING

Llebur = 3,33.105 J/kg
Ldidih = 2,26.106 J/kg
Tawal es = 10 ℃
Tahir es = 120 ℃
1 adalah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu es dari -10 ℃ mejadi 0 ℃
Q1 = m.ces. ∆t

= 0,5.2100.(0-(10)) = 10.500 J
Q2 adalah kalor yang diperlukan untuk melebur es mejadi air pada suhu 0 ℃.
Q = mes.Les

= (0,5)(3,33.105) = 1,665.105 J
Q3 adalah kalor yang perlu untuk menaikkan suhu air dari 0 ℃m mejadi 100 ℃
Q3 = mair.cair.∆t

= (0,5)(4180)(100)
= 209000 J
Q4 = muap.Luap
= (0,5)(2,26.106)
= 1,13.106 J
Q5 kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu uap dari 100 ℃ sampai dengan 120 ℃.
Q5 = muap.cuap.∆t
= (0,5)(2010)(120-100)
= 20100 J
Jadi, jumlah kalor yang diperlukan untuk mengubah 500 g es dari - 10℃ menjadu uap
bersuhu 120 ℃ adalah
Qtotal = q1 + q2 + q3 + q4 + q5
= 10.500J + 1.665.105J + 209.000J + 1,13.106J + 20.100J
= 1,536,100 J
Jadi, kalor total yang diperlukan adalah 1,536.100 J.

44

E-LKPD FISIKA

DENGAN MODEL PROBLEM BASED LEARNING

Orientasi Peserta Didik
Untuk Belajar.

(Latihan menguji pemahaman materi)
Isilah titik-titik dibawah ini dengan benar!

1. Titik didih atau titik uap adalah suhu dimana zat .......... berubah wujud menjadi
.......... nilai titik didih dari suatu zat sama dengan nilai titik .................

2. Titik embun adalah suhu saat saat gas berubah wujud menjadi ..............
3. Titik leleh (titik lebur) adalah suhu saat zat ........... melebur menjadi zat

...................................
4. Persamaan kalor lebur adalah ....................................
5. Persamaan kalor uap adalah ……………….

45

E-LKPD FISIKA

DENGAN MODEL PROBLEM BASED LEARNING

P

R

A Melakukan Penyelidikan.

K

T PERUBAHAN WUJUD ZAT

A. Tujuan

I Peserta didik mampu menyelidiki pengaruh kalor terhadap perubahan wujud

zat.

K

B. Alat dan Bahan

U 1. Gelas kimia : 2 buah 5. Stopwatch : 2 buah

2. Statif : 2 buah 6. Es batu : 1 kg

M 3. Pembakar spiritus : 2 buah 7. Korek api : 1 buah

S 4. Termometer : 2 buah 8. Air :1 liter

C. Langkah Kerja

E 1. Berdoalah sebelum memulai kegiatan.

2. Siapkan alat dan bahan sebelum memulai kegiatan.

D 3. Siapkan 2 buah gelas kimia, masing-masing diisi es batu dengan massa

E yang berbeda.

4. Masukkan air sebanyak 50 mL pada masing-masing gelas.

R 5. Ukurlah suhu awal air dan es pada masing-masing gelas kimia.

6. Nyalakan pembakar spiritus.

H 7. Ukurlah perubahan suhu menggunakan termometer setiap 2 menit, dan

A catatlah pada tabel 4.1.

8. Amati dan catat waktu es mencair pada kedua gelas kimia.

N

A

46

E-LKPD FISIKA

DENGAN MODEL PROBLEM BASED LEARNING

Isilah data yang kamu peroleh dari hasil pengamatanmu pada tabel berikut.

P Tabel 4.1 Data hasil pengamatan

R Suhu pada Menit Ke- Kenaikan Suhu
No Volume Air
024 6 8

A 1 Es Batu (50 gr)

K 2 Es Batu (100 gr)

T

I

K

U 1. Berdasarkan tabel 4.1 apakah yang terjadi pada zat cair pada kedua gelas kimia?

JAWABAN

M

S

E

D 2. Apakah kenaikan suhu zat cair sama pada tiap gelas pengamatan?

JAWABAN

E

R

H

A 3. Apakah sama waktu yang dibutuhkan untuk mengubah zat padat (es) menjadi cair?

JAWABAN

N

A

47

E-LKPD FISIKA

DENGAN MODEL PROBLEM BASED LEARNING
4. Hitunglah masing-masing kalor yang diperlukan untuk mencairkan es tersebut.
JAWABAN

Kesimpulan

Setelah anda melakukan eksperimen, buatlah kesimpulan tentang pengaruh kalor
terhadap perubahan wujud zat.

JAWABAN

48

E-LKPD FISIKA

DENGAN MODEL PROBLEM BASED LEARNING

5 PERPINDAHAN KALOR

Ayo
Perhatikan!

Sumber: fisikazone.com Sumber: Dokumentasi Penulis
Gambar 5.1 Api unggun. Gambar 5.1 Perpindahan kalor dari

Perhatikan Gambar 5.1! lilin ke tangan.
1. Ketika anda berdiri dekat api unggun, seketika
Perhatikan Gambar 5.1!
tubuh anda akan terasa panas. Cobalah menaruh tangan anda di atas nyala
Bagaimana anda dapat menerangkan hal lilin sejauh kira-kira 10 cm. Apa yang anda
tersebut? rasakan? Tuliskan gambaran fisikanya dalam
bentuk definisi!

Nyatakan permasalahan (pertanyaan) yang Anda pikirkan berdasarkan gambar
tersebut untuk menjelaskan proses perpindahan kalor di bawah ini!

JAWABAN

1. _____________________________________________________________________
2. _____________________________________________________________________

49

E-LKPD FISIKA

DENGAN MODEL PROBLEM BASED LEARNING

Suatu pagi di musim dingin, ibu Ana bangun lebih awal. Dia menjalankan
rutinitasnya sebagai ibu rumah tangga yaitu menyiapkan sarapan dan
memasak air untuk mandi anaknya dan untuk keperluan lainnya. Pekerjaan
tersebut dilakukan hampir setiap harinya. Saat ibu Ana merebus air dia
mengamati dengan saksama hal yang terjadi dan berpikir bagaimana
proses perpindahan kalor dari sumber api ke air? Untuk menjawab
permasalahan tersebut mari kita saksikan video penjelasan berikut!

AYO PERHATIKAN VIDEO BERIKUT!

LINK VIDEO KLIK DISINI
https://youtu.be/H-EJIRQOusE

50

E-LKPD FISIKA

DENGAN MODEL PROBLEM BASED LEARNING

E PERPINDAHAN KALOR

Kalor adalah salah satu bentuk energi. Pada umumnya, sifat-sifat kalor serupa
dengan sifat-sifat energi. Kalor merambat dari suhu tinggi ke suhu yang lebih rendah.
Perambatan atau perpindahan kalor dapat dikelompokan kedalam tiga macam, yaitu
kalor merambat secara konduksi, konveksi, dan radiasi.

1 Perpindahan Kalor Cecara Konduksi.

Konduksi adalah perpindahan kalor melalui suatu perantara zat tanpa
disertai perpindahan zat tersebut. Contohnya sebuah sendok logam diletakan di
atas lilin yang menyala.

Sumber: Dokumentasi penulis.
Gambar 5.3 Perpindahan kalor secara konduksi.
Pegang ujung sendok, apakah yang anda rasakan? Ujung sendok tersebut terasa
panas walaupun ujung sendok tersebut tidak bersentuhan langsung dengan kalor
(nyala lilin). Pada proses perpindahan kalor dari bagian kalor yang panas ke ujung
sendok yang dingin tidak terjadi perpindahan partikel-partikel dalam
sendok.proses perpindahan kalor tanpa disertai perpindahan partikel dinamakan
konduksi.

51

E-LKPD FISIKA

DENGAN MODEL PROBLEM BASED LEARNING

Laju konduksi kalor dapat ditentukan menggunakan persamaan berikut ini:
H =kA 2− 1 =kA ∆



keterangan:
H = kalor yang merambat persatuan waktu (Js-1)
k = koefisien konduksi termal logam (Jm-1 s-1 ℃ -1)
A = luas permukaan (m2 )
∆T = selisih suhu (℃)
l = tebal lapisan (m)
T2 = suhu ujung batang logam bersuhu tinggi (℃)
T1 = suhu ujung batang logam bersuhu rendah (℃)
Faktor-faktor yang mempengharui laju perpindahan secara konduksi, laju konduksi kalor
bergantung pada empat besaran, yaitu :

1. Beda suhu, makin besar beda suhu, maka makin cepat perpindahan kalor.
2. Ketebalan dinding, makin tebal dnding, maka lambat perpindahan kalor.
3. Luas permukaan, makin besar luas permukaan, maka makin cepat perpindahan kalor.
4. Konduktivitas termal zat, ukuran kemampuan zat mengantarkan kalor.

2 Perpindahan Kalor Secara Konveksi

Konveksi adalah perpindahan kalor dengan disertai oleh perpindahan zat
tersebut. Perpindahan kalor konveksi hanya terjadi pada zat cair dan zat gas (fluida).
Contoh konveksi meliputi proses pemanasan air, sistem pendingin pada mesin mobil,
dan aliran darah dalam tubuh.

Jika bahan dipanaskan dipaksa bergerak dengan alat peniup atau pompa,
prosesnya disebut konveksi paksa. Jika bahan mengalir karena perbedaan massa jenis
akibat pemuaian volume, seperti udara panas yang bergerak naik, maka prosesnya
disebut konveksi alamiah atau konveksi bebas. Dalam hal ini perpindahan panas secara
konveksi merupakan proses yang sangat kompleks dan melibatkan perhitungan
matematis yang sangat rumit.

52

E-LKPD FISIKA

DENGAN MODEL PROBLEM BASED LEARNING

Faktor-faktor yang mempengaruhi laju kalor konveksi
Laju kalor ketika sebuah benda panas memindahkan kalor ke fluida sekitarnya secara



konveksi adalah sebanding dengan luas permukaan benda A yang bersentuhan dengan
fluida dan beda suhu ∆ di antara benda dan fluida. Secara matematis, ditulis

= ℎ ∆



keterangan:
Q : Laju perpindahan panas
ℎ : Koefisien perpindahan panas konveksi
A : Area permukaan terbuka
∆ : Perbedaan suhu.

3 Perpindahan Kalor Secara Radiasi

Radiasi adalah perpindahan kalor tanpa perpindahan zat perantara. Contohnya
kalor yang dari matahari dapat sampai ke bumi melalui ruang hampa tanpa zat
perantara (medium).

Sumber: Marthen Kanginan
Gambar 5.4 Permukaan berkilap (putih) adalah pemantul yang baik (atas). Permukaan

yang gelap (hitam) adalah penyerap radiasi yang baik (bawah).
Perpindahan kalor dapat melalui ruang hampa karena energi kalor dibawa dalam
bentuk gelombang elektromagnet. Jadi, Radiasi atau pancaran adalah perpindahan
energi kalor dalam bentuk gelombang elektromagnet.

53

E-LKPD FISIKA

DENGAN MODEL PROBLEM BASED LEARNING

a. Penyerap Kalor Radiasi yang Baik dan Buruk
(1) Permukaan yang hitam dan kusam adalah penyerap kalor radiasi yang baik dan
pemancar kalor radiasi yang baik pula.
(2) Permukaan yang putih dan mengkilap adalah penyerap kalor radiasi yang buruk
dan pemancar kalor yang buruk pula.
(3) Jika diinginkan agar kalor yang merambat secara radiasi berkurang, maka dinding
permukaan benda tersebut harus dilapisi suatu bahan yang mengkilap.

b. Hukum Stefan Boltzmann
“Energi yang dipancarkan oleh suatu permukaan hitam dalam bentuk radiasi

kalor tiap satuan waktu sebanding dengan luas permukaan dan sebanding dengan
pangkat empat suhu mutlak permukaan itu”

= 4



Tetapan dikenal sebagai tetapan Stefan-Boltzmann dan dalam satuan SI nilai =
5,67 × 10-8 tetapan W/m2K4.

54

E-LKPD FISIKA

DENGAN MODEL PROBLEM BASED LEARNING

Sebuah jendela kaca ruang bangunan berAC panjangnya 4 meter, tingginya 2,5
meter, dan tebalnya 10 mm. Suhu permukaan kaca di dalam ruangan 24℃ dan suhu
di permukaan kaca di luar ruangan 26℃. Tentukan banyaknya kalor yang mengalir
dari luar ke dalam ruangan yang berAC tersebut melalui kaca jendela jika diketahui
konduktivitas termal kaca 0,8 Jm-1s-1℃-1.

Jawab:

Diketahui: p = 4 m T1 = 24℃ t = 2,5 m
d = 10-2 T2 = 26℃ k = 0,8 Jm-1s-1℃-1

Kalor merambat dari luar ke dalam ruangan, dengan luas penampang A = p t dan

merambat melalui tebal kaca d.

H = kA 2− 1 = k (pt) 2− 1



H = (0,8 Jm-1s-1℃-1)(4 m × 2,5 m) (26−24)℃
10−2

H = (0,8 Jm-1s-1℃-1)(10 m2) 2℃
10−2

H = 1.600 Js-1 = 1600 watt.

Jadi, agar ruangan yang berAC tersebut tetap dingin, AC harus mampu menyerap
energi 1600 joule per sekon dari ruangan tersebut, dengan anggapan pada dinding
lainya tidak ada aliran kalor.

55

E-LKPD FISIKA

DENGAN MODEL PROBLEM BASED LEARNING

Orientasi Peserta Didik
Untuk Belajar.

(Latihan menguji pemahaman materi)
Isilah titik-titik dibawah ini dengan benar!
1. Jelaskan pengertian dari konduksi yang kalian ketahui ……………
2. Jelaskan pengertian konveksi yang kalian ketahui ……………
3. Jelaskan pengertian radiasi yang kalian ketahui ………..
4. Terdapat 2 jenis konveksi yaitu ……………… dan ………

56

E-LKPD FISIKA

DENGAN MODEL PROBLEM BASED LEARNING

P

R

A Melakukan penyelidikan

K PERPINDAHAN KALOR
T A. Tujuan

Peserta didik dapat menjelaskan perpindahan kalor.

I

B. Alat dan Bahan

K 1. Stopwatch 4. Dua potong kertas kardus
5. Mentega
2. Penggaris 6. Air

U 3. Pembakar spiritus

M C. Langkah Kerja

1. Berdoalah sebelum memulai kegiatan.

S 2. Siapkan alat dan bahan.

3. Oleskan mentega secukupnya pada kedua kertas kardus.

E 4. Nyalakan spriritus/lilin.

D 5. Letakan lilin pada jarak 1 cm.

6. Amati apa yang terjadi pada mentega.

E 7. Hitunglah menggunakan stopwatch waktu yang di perlukan mentega untuk meleleh.

8. Ulangi langkah ke tiga dengan memvariasi jarak kertas 2 cm dan 3 cm.

R 9. Catatlah hasil pengamatan anda pada tabel 5.1.

H Tabel 5.1 Data hasil pengamatan perpindahan kalor.

No Jarak lilin ke kertas Waktu

A 1 1 cm

2 2 cm

N

3 3 cm

A

57

E-LKPD FISIKA

DENGAN MODEL PROBLEM BASED LEARNING

_

P
1. Bagaimana perbedaan keadaan mentega sebelum dan setelah lilin dinyalakan?

R JAWABAN
A
K
T 2. Pada jarak keberapa mentega pada kertas lebih cepat meleleh?
I JAWABAN
K
U
M

3. Apakah dibutuhkan perantara dalam mengalirkan kalor dari sumber kalor menuju
S kertas? Jelaskan!
E JAWABAN
D
E
R
H
A
N

Setelah anda melakukan eksperimen buatlah kesimpulan tentang perpindahan kalor.
A

JAWABAN

58

E-LKPD FISIKA

DENGAN MODEL PROBLEM BASED LEARNING

1. Suhu adalah besaran pokok yang menyatakan derajat panas atau dingin suatu benda. Suhu dapat
dinyatakan dengan berbagai skala sesuai dengan termometer yang digunakan, namun satuan
internasional untuk suhu adalah kelvin.

2. Pemuaian zat adalah peristiwa memuainya zat ketika dipanaskan. Pemuaian zat padat mengikuti
persamaan
muai panjang = 0(1 + ∆ )
muai luas t = A0 ( 1+ ∆ ) dengan = 2
mulai ruang = ( 1+ ∆ ) dengan = 3

3. Pada Suhu di antara 0oC dan 4oC air menyusut, sedangkan di atas suhu 4oC air memuai. Peristiwa
tersebut dinamakan anomali air.

4. Kalor adalah energi yang berpindah dari benda yang suhunya lebih tinggi ke benda yang suhunya
lebih rendah.

5. Persamaan untuk perubahan suhu adalah Q = m c ∆ .
6. Perubahan wujud zat secara garis besar, wujud zat dibedakan menjadi tiga jenis, yaitu gas, cair,

dan padat. Persamaan perubahan wujud adalah Q = m L
7. Perpindahan kalor adalah energi yang berpindah dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu

rendah. Berdasarkan medium dan cara berpindahan kalor dapat dibedakan menjadi tiga cara, yaitu
secara konduksi, konveksi, dan radiasi.
Berikut ini persamaannya:
Konduksi = ∆



Konveksi = h A ∆



Konduksi = A T4



59

E-LKPD FISIKA

DENGAN MODEL PROBLEM BASED LEARNING

A. PILIHAN GANDA

Pilihlah salah satu jawaban yang paling benar !
1. Dalam sistem satuan internasional, besaran suhu mempunyai satuan…

a. Fahrenheit
b. Reamur
c. Kelvin
d. Carnot
e. Celsius
2. Dalam suatu ruangan bersuhu 283 Kelvin. Jika dinyatakan dalam derajat Celcius besarnya
adalah…
a. 5℃
b. 7℃
c. 9℃
d. 10℃
e. 15℃
3. Ketika es sedang mencair, besaran yang tidak berubah di antaranya:
(1) Masa totalnya
(2) Volume totalnya
(3) Suhunya
(4) Massa jenisnya
Peryataan yang benar adalah ............
a. (1), (2), dan (3)
b. (1) dan (3)
c. (2) dan (4)
d. (4) saja
e. (1), (2), dan (4)
4. Batang logam harus bertambah panjang 0,4% jika mengalami kenaikan suhu 20℃. Supaya
pertambahan panjangnya menjadi 1%, besar suhunya harus dinaikan menjadi…
a. 10℃
b. 30℃
c. 40℃
d. 50℃
e. 60℃

60

E-LKPD FISIKA

DENGAN MODEL PROBLEM BASED LEARNING

5. Gelas berisi 200 gram air bersuhu 20℃ dimasukkan 50 gram es bersuhu -2℃. Jika hanya terjadi
pertukaran kalor antara air dan es saja, setelah terjadi kesetimbangan akan diperoleh..............
a. Seluruh es mencair dan suhunya diatas 0℃
b. Seluruh es mencair dan suhunya 0℃
c. Tidak seluruh es mencair dan suhunya 0℃
d. Suhu seluruh sistem di bawah 0℃
e. Sebagian air membeku dan suhu sistem 0℃

6. Lima puluh gram es pada suhu 0℃ di masukkan ke dalam 200 gram air yang bersuhu
20℃. Jika kalor lebur es= 80 kal g-1 dan kalor jenis air= 1 kal g-1 o C-1, suhu akhir campuran
adalah........
a. 0℃
b. 1,8℃
c. 2℃
d. 3,3℃
e. 5℃

7. Suhu tiga jenis cairan A, B, dan C yang bermassa sama berturut-turut adalah 10℃, 20℃, dan
30℃. Suhu campuran A dan B adalah 16℃, sedangkan suhu campuran B dan C adalah 24℃.
Suhu campuran A dan C adalah….
a. 14℃
b. 17℃
c. 20℃
d. 23℃
e. 26℃

8. Benda hitam pada suhu 227℃ memancarkan radiasi dengan intensitas 5 / 2s. Pada suhu
727℃ intensitas radiasi benda hitam tersebut dalam 104 W/m2 adalah….
a. 20
b. 40
c. 80
d. 500
e. 800

9. Jika kita berada di dekat api unggun, kalor akan merambat dari api unggun ke tubuh kita
melalui proses….
a. Radiasi dan konveksi
b. Radiasi dan konduksi
c. Konduksi dan konveksi
d. Radiasi
e. Konveksi.

61

E-LKPD FISIKA

DENGAN MODEL PROBLEM BASED LEARNING

10. Jika api kompor diperbesar pada saat air yang ditumpahkan diatasnya sedang mendidih,
maka................
a. Suhu air tetap
b. Kecepatan air mendidih bertambah
c. Suhu air bertambah
d. Kecepatan air mendidih tetap
e. Air terbakar

B. Esai

Kerjakan soal-soal berikut dengan tepat!
1. Sebutkan jenis-jenis termometer yang anda ketahui?
2. Sebuah lempengan aluminium berbentuk persegi dengan panjang sisi-sisinya 50 cm dan

suhunya 30℃. Jika koefisien muai panjang dari aluminium 25 × 10-6/℃, tentukan luas persegi
aluminium tersebut jika suhunya dinaikan hingga 150℃.
3. Tentukan jumlah kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 0,2 kg es dari -10℃ hingga
seluruhnya menjadi air bersuhu 50℃. Diketahui kalor lebur es 3,36 × 105 J/kg, kalor jenis es
2.100 J/kg/℃, dan kalor jenis air 4.200 J/kg/℃.
4. Berikan satu contoh dalam keseharian yang membuktikan bahwa zat cair memuai lebih besar
dari zat padat!
5. Jelaskan yang anda ketahui tentang konduksi, konveksi dan radiasi?
6. Mengapa memakai selimut dapat menghangatkan tubuh anda di malam yang dingin?

62

E-LKPD FISIKA

DENGAN MODEL PROBLEM BASED LEARNING

DAFTAR PUSTAKA

Kanginan, Marthen. 2017. Fisika Untuk SMA/MA Kelas XI. Jakarta: Erlangga.
Drajat. 2007. Fisika Untuk SMA/MA Kelas X. Pekanbaru: Sutra Benta Perkasa.
Kamajaya, Ketut, dan Wawan Purnama. 2016. Buku Siswa Aktif dan Kreatif Belajar Fisika Untuk

SMA/MA Kelas XI Peminatan Matematika dan Ilmu-Ilmu Alam. Bandung: Grafindo Media
Pratama.

63

E-LKPD FISIKA

DENGAN MODEL PROBLEM BASED LEARNING

BIODATA PENULIS

Nama : Rosina Dewi

Prodi : Pendidikan Fisika

Fakultas : Keguruan Dan Ilmu Pendidikan

Universitas : Sarjanawiyata Tamansiswa Yogyakarta

Email : [email protected]

Riwayat Pendidikan

SDI Nampar Macing (2006-2012)

SMPN 4 Sano Nggoang (2012-2015)

SMAN 1 Sano Nggoang (2015-2018)

64

E-LKPD FISIKA

DENGAN MODEL PROBLEM BASED LEARNING

KUNCI JAWABAN

EVALUASI

A. PILIHAN GANDA

1. Jawaban: c

Pembahasan

Dalam sistem satuan internasional, pengukuran suhu menggunakan skala Kelvin.

2. Jawaban: d

Pembahasan

Diketahui: K : C = 5 : 5

t = 283 K

Ditanya: t oC ?

Penyelesaian:

t o K = (t – 273)℃

283oK = (t – 273)℃

283oK = (t– 273)℃

t = (283 - 273)℃

t = 10 ℃

3. Jawaban: b

Pembahasan

Jika es pada suhu 0℃ diberikan kalor, suhu es tidak mengalami perubahan, tetapi es berubah

wujud menjadi air. Ketika es mencair wujud zat berubah menjadi sebuah cairan, dan karena hal

itu massa jenis menjadi berkurang. Pada saat es mencair, dia mengalami pengurangan volume

karena disebabkan oleh perubahan struktur dari padat ke cair yang menyebabkan ruang menjadi

lebih renggang. Walau es dicairkan, massa totalnya tidak akan berubah.

4. Jawaban d

Pembahasan

Diketahui : ∆ 1 = 4 %

∆ 2 = 1%

∆ 1 = 20℃

Ditanyakan: Perubahan suhu kedua (∆ 2) ?

Penyelesaian:

∆ = 0 ∆

∆ 1 = ∆ 2
∆ 1 ∆ 2
,4% 1%
20 = ∆ 2
0,4% ∆ 2 = 20%

65

E-LKPD FISIKA

DENGAN MODEL PROBLEM BASED LEARNING

20%
∆ 2 = 0,4%

∆ 2 = 50℃

5. Jawaban: c
Pembahasan
Diketahui: mair = 200 g
Tair = 20℃
mes = 50 g
Tes = -2℃
Kalor jenis (c) air = 1 kal/g℃
Kalor jenis (c) es = 0,5 kal/g℃
Kalor lebur (L) es = 80 kal/g
Ditanya: Jika terjadi kesetimbangan (yaitu suhu es dan air menjadi seimbang) akan diperoleh…?
Penyelesaian:
Kalor yang diperlukan es untuk mencair pada suhu 0℃
Qes = mes ces ∆ es + mes Les
Qes = (50)(0,5)(0-(-2)) + (50)(80)
Qes = 50 + 4000
Qes = 4050 kal
Kalor yang dilepas air jika mendingin hingga suhunya 0℃
Qair = mair cair ∆ air
Qair = (200)(1) (20-0)
Qair = 4000 kal
Karena Qes > Qair, berarti masih ada es yang belum mencair, walaupun suhu campuran es dan air
sudah seimbang menjadi 0℃.

6. Jawaban: a
Pembahasan
Diketahui: mes = 50 g
Tes = 0℃
mair = 200 g
Tair = 20℃
Les = 80 kal g-1
cair = 1 kal g-1 ℃-1
Ditanya: Suhu akhir campuran?
Penyelesaian:

a. Cari kalor yang diserap es, Q (serap) es ?
Q (serap) es = mes . Les

Q (serap) es = [50 gram] . [80 kal/gram]

Q (serap) es = 4000 kal

66

E-LKPD FISIKA

DENGAN MODEL PROBLEM BASED LEARNING

b. Cari kalor yang dilepas air, Q (lepas) air ?
Q (lepas) air = mair. cair. ΔTair
Q (lepas) air = (200 gram) . (1 kal/gram.°C) . (20 - 0 °C)
Q (lepas) air = 4000 kal

c. Cari suhu akhir campuran, T?
Gunakan asaz Black,
Q (serap) es = Q (lepas) air = 4000 kal

Maka suhu akhir campuran antara es dan air adalah 0°C dan massa es (50 gram) semua mencair.
Jadi besarnya suhu akhir campuran adalah 0⁰C
7. Jawaban: c
Pembahasan
Rumus Asas Black : Qlepas = Qterima
Diketahui: mA = mB = mC.

Suhu benda A = TA = 10 °C.
Suhu benda B = TB = 20 °C.
Suhu benda C = TC = 30 °C.
Suhu campuran A dan B = TAB = 16 °C.
Suhu campuran B dan C = TBC = 24 °C.
Ditanya: Suhu campuran A dan C = TAC = ?
 Langkah 1
A+B
QA = QB

mA ∙ cA ∆TA = mB ∙ cB ∆TB
m ∙ cA (16 − 10)= m ∙ cB (20 − 16)
6 cA = 4 cB
cA= 2/3 cB

 Langkah 2
B+C

mC ∙ cB ∆TB = mC ∙ cC ∆TC
m ∙ cB (24 − 20)= m ∙ cC (30 − 24)
4 cB = 6 cC
cC= 2/3 cB

67

E-LKPD FISIKA

DENGAN MODEL PROBLEM BASED LEARNING

 Langkah 3
A+C

mA ∙ cA ∙ ∆TA = mC ∙ cC ∆TC
m ∙ (∆TA - 10) = cC ∙ (30 − ∆TA)
2/3 cB ∙ (∆TA - 10) = 2/3 cB ∙ (30 − ∆TC)

TAC – 10 = 30 - TAC
2 TAC = 40
TAC =20 oC
8. Jawaban: c
Pembahasan
Diketahui: T1 = 227 ℃ = 500 K

T2 = 721 ℃ = 1000 K
I1 = 5 kal/cm2s

Ditanya: I2 = ?

Hukum Stefan Boltzman

I = e T4

2 = 4
1 24

2 = ( 2 4

1 1 )

2 = ( 12)4. 1

2 = (510000)4. 5 kal/cm2s

2 = (16) . (5 kal/cm2s)

2 = 80 kal/cm2s

68

E-LKPD FISIKA

DENGAN MODEL PROBLEM BASED LEARNING

9. Jawaban: d
Pembahasan
Perpindahan kalor atau panas terdiri dari perpindahan kalor secara konduksi, konveksi, dan radiasi.
Konduksi yaitu perpindahan panas melalui suatu zat tanpa disertai dengan perpindahan partikel-
partikelnya. Perpindahan panas dengan cara konduksi disebabkan karena partikel-partikel penyusun
ujung zat yang bersentuhan dengan sumber kalor. Konveksi yaitu perpindahan panas yang disertai
perpindahan massa atau perpindahan partikel-partikel zat perantaranya. Konveksi terjadi pada zat cai
dan gas. Radiasi yaitu perpindahan panas pada suatu zat tanpa melalui zat perantaranya. Berdasarkan
dari pengertian-pengertian proses perpindahan kalor baik malalui konduksi, konveksi dan radiasi.
Jika kita berada di dekat api unggun maka kalor akan merambat dari api unggun ke tubuh kita melalui
proses radiasi. Karena tidak adanya perantara serta tidak ada perpindahan partikel zat perantaranya.

10. Jawaban: a
Mendidih adalah suatu kondisi dimana terjadi perubahan suatu zat dari wujud cair menjadi gas.
Pada saat mendidih, suhu zat cair tidak dapat bertambah lagi karena kalor yang diberikan akan
digunakan untuk mengubah wujud zat cair menjadi gas. Sehingga, nantinya akan berlaku persamaan
kalor uap. Dengan demikian, jika api kompor diperbesar pada saat air sedang mendidih maka suhu air
tetap.

B. ESAI

1. Termometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur suhu, atau tingkat panas dan dingin. Ada
beberapa jenis termometer yang dapat digunakan, yaitu:

1) Termometer zat cair
Termometer zat cair bekerja dengan mengukur pemuaian dari zat cair di dalam termometer.
Dengan meningkatnya suhu, maka benda akan memuai (meningkat panjang, luas atau
volumenya).
Cairan terletak pada tabung kapiler dari kaca yang memiliki bagian penyimpan. Umumnya zat
cair yang digunakan adalah raksa (merkuri), yang merupakan satu-satunya logam cair pada suhu
ruang.

2) Termometer bimetal
Termometer bimetal bekerja dengan mengukur pelengkungan yang terjadi akibat perbedaan
pemuaian batangan yang di dua sisinya tersusun dari logam (metal) yang berbeda.

69

E-LKPD FISIKA

DENGAN MODEL PROBLEM BASED LEARNING

3) Termometer kristal cair
Termometer kristal cair bekerja dengan melihat perbedaan warna kristal cair yang warnanya
dapat berubah jika suhu berubah. Kristal ini dikemas dalam plastik tipis, untuk mengukur suhu
tubuh, dan suhu akuarium.

2. Diketahui: Ao = (50 × 50) cm2 = 2500 cm2 = 0,25 m2
∆T = (150-30) ℃ = 120 ℃
= 25 × 10-6 C-1
= 2 = (2 × 25) 10-6 C-1 = 50 × 10-6 C-1

Ditanya: Luas persegi aluminium (A)= ?
Penyelesaian:
Pertambahan luas dan luas akhir dari lempengan dapat dihitung sebagai berikut.
T = Ao ( ) ∆T
T = (0,25) (50 × 10-6 ) (120)
T = (0,25) (0,0015)
T = 0,2515 m2
Jadi, luas persegi aluminium ketika suhunya dinaikan hingga 150℃ adalah 0,2515 m2.
3. Diketahui: mes = 0,2 kg
T0 = -10 ℃
Les = 3,36 × 105 J/kg
Ces = 2.100 J/kg/℃
T1 = 50℃
Dari es bersuhu -10 ℃ hingga mencair seluruhnya menjadi air bersuhu 50 ℃, dibutuhkan tiga
persamaan, yaitu dari es 0℃, dari es 0℃ menjadi air 0℃, serta dari air 0℃ menjadi air bersuhu
50℃. Jadi, jumlah kalor yang dibutuhkan adalah
Q = Q1 + Q2 + Q3
Q1 = mes ces ∆ es = (0,2 kg) (2.100 J/kg/℃) (0-(-10)) ℃ = 4,2 kJ
Q2 = mes Les = (0,2 kg) (3,36 × 105 J/kg = 67,2 kJ
Q3 = mair cair ∆ air = (0,2 kg) (4.200 J/kg/℃ ) (50-0) ℃ = 42 kJ
Jadi, kalor yang dibutuhkan adalah
Q = Q1 + Q2 + Q3
Q = 4,2 kJ + 67,2 kJ + 42 kJ = 113, 4 kJ.

70

E-LKPD FISIKA

DENGAN MODEL PROBLEM BASED LEARNING

4. Ketika memasak air, panci tempat air juga mengalami pemanasan sehingga panci mengalami
pemuaian. Akibatnya volume panci juga bertambah besar. Akan tetapi mengapa air pada panci tetap
tumpah padahal volume panci juga membesar? Hal ini disebabkan pertambahan volume air lebih
besar daripada pertambahan volume panci. Peristiwa tersebut disimpulkan bahwa pemuaian zat cair
lebih besar daripada pemuaian zat padat.

5. Panas bisa berpindah dari satu tempat ke tempat lain dengan tiga cara: Konduksi, Konveksi dan
Radiasi. Konduksi dan konveksi memerlukan adanya materi untuk mentransfer panas, sedangkan
radiasi tidak memerlukan.
Jika ada perbedaan suhu antara dua benda atau tempat, maka akan selalu terjadi perpindahan panas
dari benda atau tempat yang suhunya lebih tinggi ke tempat yang suhunya lebih rendah.
1) Konduksi
Konduksi adalah perpindahan panas antar benda atau zat yang bersentuhan langsung. Konduksi
terjadi karena ketika zat atau benda dipanaskan, partikel di dalamnya akan mendapatkan lebih
banyak energi, dan bergerak lebih banyak. Molekul-molekul ini kemudian bersentuhan dan
mentransfer energi panas partikel di dekatnya. Ini menyebabkan perambatan panas antar zat.
Contoh: ketika kita memegang cangkir berisi the atau kopi panas, akan ada perindahan panas
dari minuman ke cangkir hingga ke tangan kita.
2) Konveksi
Konveksi adalah perpindagan energi panas dari tempat yang lebih panas ke tempat yang lebih
dingin, ketika cairan atau gas bergerak ke daerah yang lebih dingin ke daerah yang lebih panas.
Hal ini menghasilkan sirkulasi materi yang terus-menerus sampai ada kesetaraan suhu.
Contoh: angin di atmosfer terjadi ketika udara bergerak dari daerah dingin ke tempat yang lebih
hangat.
3) Radiasi
Radiasi adalah metode perpindahan panas yang tidak bergantung pada kontak antara sumber
panas dan benda yang dipanaskan, berbeda dengan konduksi dan konveksi. Panas
ditransmisikan melalui radiasi elektromagentik pada gelombang inframerah. Contoh:
Perpindahan panas dari matahari hingga sampai ke bumi.

6. Saat udara dingin, seperti saat malam hari dan hujan, kita biasa menghangatkan diri dengan
memakai selimut. Selimut biasanya terbuat dari bahan kain yang hangat seperti wol dan katun. Wol
bersifat hangat karena bersifat sebagai isolator panas yang sangat baik. Selimut wol membuat tubuh
tetap hangat dengan menahan panas di udara di antara serat-seratnya. Selimut dari kain wool
mencegah konveksi panas melalui udara dengan menghambat pergerakan udara. Jadi ketika kita
menutupi tubuh dalam selimut, serat pada selimut akan menghentikan panas tubuh agar tidak keluar,
panas yang terus menerus dihasilkan tubuh menjadi tidak terbuang ke udara. Sehingga orang yang
menggunakan serat ini merasa lebih hangat.

71

PROBLEM BASED LEARNING

Sumber: https://www.pngwing.com/id/free-png-bzpxf

“Usaha pencarian kebenaran dan keindahan
merupakan kegiatan yang memberi peluang bagi
kita untuk menjadi kanak-kanak sepanjang hayat”

Albert Einstein