E-LKPD FISIKA MODEL PROBLEM BASED LEARNING PADA BAHAN AJAR SUHU DAN KALOR__ROSINA DEWI (2018005003)

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.

40

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 ……………….

41

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

42

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

43

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

44

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 Konveksi alamiah.

Perhatikan Gambar 5.1! Perhatikan Gambar 5.1!

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

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

JAWABAN
1. _____________________________________________________________________

2. _____________________________________________________________________

45

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

46

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.

47

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.

48

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 Konveksi

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 nergi kalor dibawa dalam bentuk
gelombang elektromagnet. Jadi, Radiasi atau pancaran adalah perpindahan energi kalor
dalam bentuk gelombang elektromagnet.

49

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.
Daya radiasi

= 4



dengan e adalah koefisien yang disebut emisivitas. Emisivitas adalah suatu ukuran
seberapa besar pemancaran radiasi kalor suatu benda dibandingkan benda hitam
sempurna. Emisivitas tidak memiliki satuann, nilainya antara 0 dan 1 (0 ≤ ≤ 1) dan
bergantung pada jenis zat dan keadaan permukaan. Permukaan mengilap memiliki nilai
e yang lebih kecil daripada permukaan kasar. Pemantul sempurna (penyerap paling
buruk) memiliki = 0, sedangkan penyerap sempurna sekaligus pemancar sempurna,
yaitu benda hitam sempurna memiliki = 1. Emisivitas tubuh manusia beragantung
pada warna kulit, tetapi nilai hampirannya adalah e = 0,98.

50

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 ………

51

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

52

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

53

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



54

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. 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)
3. 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℃
4. Pernyataan berikut yang tidak tepat adalah….
a. Peleburan es merupakan contoh proses penyerapan kalor tanpa perubahan suhu.
b. Pembekuan air merupakan proses pelepasan kalor tanpa perubahan suhu.
c. Penguapan air merupakan contoh proses pelepasan kalor tanpa perubahan suhu.
d. Pengembunan uap air merupakan contoh proses pelepasan kalor tanpa perubahan suhu.
e. Penguapan air merupakan contoh proses penyerapan kalor tanpa perubahan suhu.

55

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 × 104 W/m2. 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.

56

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?

57

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.

58

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)

59

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