30
BAB III KAJIAN PUSTAKA
A. Pengertian Penerapan Penerapan memiliki beberapa definisi yakni: proses, cara, perbuatan menerapkan, Pemasangan,Pemanfaatan; perihal mempratikkan.35 Penerapan dalam Kamus Istilah Manajemen didefinisikan pemanfaatan keterampilan oleh pengetahuan baru di bidang manajemen. 36 Berdasarkan dua pengertian di atas, maka penerapan dapat diartikan tindakan pelaksanaan atau pemanfaatan keterampilan pengetahuan baru di bidang tertentu untuk suatu kegunaan ataupun tujuan khusus. B. Model pembelajaran Sains Teknologi dan Masyarakat. 1.
Model Pembelajaran Sains Teknologi dan Masyarakat Model Pembelajaran Sains Teknologi dan Masyarakat adalah model pembelajaran yang dapat digunakan untuk melaksanakan pembelajaran dalam konteks masyarakat. Istilah Sains Teknologi dan Masyarakat diterjemahkan dari akronim bahasa Inggris STS (“Science-Technology-Society”), yang pada awalnya dikemukakan oleh John Ziman dalam bukunya
Teaching and
Learning about Science and Society. Model pembelajaran science technology society berarti menggunakan teknologi sebagai penghubung antara sains dan
35 Tim Penyusun Kamus Pusat Bahasa, Kamus Besar Bahasa Indonesia, Jakarta: Balai Pustaka, 2007, h. 1180. 36 Widyatama dalam http://dspace.widyatama.ac.id/jspui/bitstream/10364/4/bab2a.pdf. di akses pada tanggal 07 Agustus 2011, h. 14.
31
masyarakat.37 Teknologi secara etimologi berasal dari dua kata bahasa Yunani yaitu kata tecne dan logos.38 Tecne artinya seni (art) atau keterampilan. Logos artinya kata-kata yang terorganisir atau wacana ilmiah yang mempunyai makna. Sedangkan Fischer, memberikan definisi bahwa teknologi merupakan keseluruhan upaya yang dilakukan masyarakat dalam mengadakan benda untuk memperoleh kenyamanan dan keamanan bagi diri manusia itu sendiri, teknologi juga dapat diartikan sebagai kegiatan eksploitasi untuk memenuhi kebutuhan manusia. Menurut Dagun sains dapat diartikan sebagai ilmu yang teratur (sistematik) yang dapat diuji atau dibuktikan kebenarannya. 39 Rusmansyah berpendapat model pembelajaran Sains Teknologi dan Masyarakat merupakan salah satu model pembelajaran pembelajaran yang dapat memberikan harapan untuk menciptakan manusia yang berkualitas dan peka terhadap masalah-masalah yang timbul di masyarakat.40 Model pembelajaran ini dimaksudkan untuk menjembatani kesenjangan antara kemajuan iptek, membanjirnya informasi ilmiah dalam dunia pendidikan, dan nilai-nilai iptek itu sendiri dalam kehidupan masyarakat sehari-hari. Sedangkan menurut Poedjiadi menyatakan bahwa tujuan dari model pembelajaran Sains Teknologi dan Masyarakat adalah untuk membentuk individu yang memiliki literasi sains dan teknologi serta memiliki kepedulian 37 Anna poedjiadi, STM, Model Pembelajaran Konstektual Bermuatan Nilai, Bandung; Remaja Rosdakarya, 2005. h. 99. 38 Asiyah, Penerapan Metode Pembelajaran Portofolio Dengan Pendekatan Sains Teknologi dan Masyarakat (STM) Pada Mata Pelajaran Ekonomi Kelas X SMA Negeri 15 Semarang, Skripsi, Semarang; Universitas Negeri Semarang, 2007, h. 36-37. 39 Ibid. 40 Ibid.
32
terhadap masalah masyarakat dan lingkungannya. 41 Secara sederhana, hubungan sains, teknologi dan masyarakat dapat digambarkan sebagai berikut: Masyarakat
Lingkungan
SAINS APLIKASI SAINS
Teknologi
Gambar 3.1. Keterkaitan Sains Teknologi dan Masyarakat. 2.
Landasan Model pembelajaran Sains Teknologi Masyarakat Model pembelajaran Sains Teknologi dan Masyarakat dilandasi oleh tiga hal penting yaitu: a. Adanya keterkaitan yang erat antara sains, teknologi dan masyarakat. b. Dalam belajar-mengajar menganut pandangan konstruktivisme yang pada pokoknya menggambarkan bahwa siswa membentuk atau membangun pengetahuannya melalui interaksinya dengan lingkungan. c. Dalam pengajarannya terkandung lima ranah, yang terdiri atas ranah pengetahuan, ranah sikap, ranah proses sains, ranah kreativitas, dan ranah hubungan dan aplikasi.42
41
Ibid. h. 38. Purwanto, “Upaya Mengembangkan Kecerdasan Majemuk (Multiple Intelligences) Peserta Didik SMK Melalui Penerapan Pendekatan STM (Sains-Teknologi-Masyarakat) dalam Pembelajaran Fisika”, Disertasi, Yogyakarta: Dinas Pendidikan Kota Yogyakarta, 2008, h. 7. 42
33
3.
Karakteristik atau Ciri-ciri Model pembelajaran Sains Teknologi Masyarakat Model Pembelajaran Sains Teknologi Masyarakat memiliki beberapa karakteristik atau ciri-ciri sebagai berikut: a. Siswa mengidentifikasi masalah-masalah yang ada di daerahnya dan dampaknya b. Menggunakan sumber-sumber setempat (narasumber dan bahan-bahan) untuk memperoleh informasi yang dapat digunakan dalam pemecahan masalah. c. Keterlibatan siswa secara aktif dalam mencari informasi yang dapat diterapkan
untuk
memecahkan
masalah-masalah
nyata
dalam
kehidupannya. d. Perluasan untuk terjadinya belajar melebihi periode, kelas, dan sekolah. e. Memusatan pada pengaruh sains dan teknologi kepada individu siswa. f. Pandangan mengenai sains sebagai content lebih dari sekedar yang hanya berisi konsep-konsep dan untuk menyelesaikan ujian. g. Penekanan keterampilan proses sains, agar dapat digunakan oleh siswa dalam mencari solusi terhadap masalahnya. h. Penekanan kepada kesadaran mengenai karier (career), khususnya karier yang berhubungan dengan sains dan teknologi. i.
Memberikan
kesempatan
kepada
siswa
untuk
berperan
dalam
bermasyarakat sebagai usaha untuk memecahkan kembali masalahmasalah yang diidentifikasinya.
34
j.
Menentukan proses (ways) sains dan teknologi yang mempengaruhi masa depan.
k. Sebagai perwujudan otonomi setiap individu dalam proses belajar (sebagai masalah individu).43 4.
Langkah-langkah Model Pembelajaran Sains Teknologi Masyarakat Model pembelajaran pada pendahuluan ini mengemukakan isu-isu masalah yang ada di masyarakat yang dapat digali dari siswa, tetapi jika guru tidak berhasil memperoleh tanggapan dari siswa dapat saja dikemukakan sendiri. Tahap ini disebut dengan inisiasi atau mengawali, memulai, dan dapat pula disebut dengan invitasi yaitu undangan. Apersepsi dalam kehidupan juga dapat dilakukan, yaitu mengaitkan peristiwa yang telah diketahui siswa dengan materi yang akan dibahas, sehingga tampak adanya kesinambungan pengetahuan, karena diawali dengan hal-hal yang telah diketahui siswa sebelumnya yang ditekankan pada keadaan yang ditemui dalam kehidupan sehari-hari. Guru juga dapat melakukan eksplorasi terhadap siswa pada pendahuluan ini melalui pemberian tugas untuk melakukan kegiatan lapangan atau di luar kelas secara berkelompok.44 Model pembentukan
pembelajaran konsep
(tahap
dan
metode
ke-2).
dapat
Misalnya
dilakukan model
melalui
pembelajaran
keterampilan proses, model pembelajaran sejarah, model pembelajaran kecakapan hidup, metode demonstrasi, eksperimen di laboratorium, diskusi 43
I Made Alit Mariana, Hakekat Pendekatan Sciene and Society Dalam Pembelajaran Sains, Bandung; Departemen Pendidikan dan Kebudayaan, 2000, h. 21. 44 Asiyah, Penerapan Metode Pembelajaran Portofolio Dengan Pendekatan Sains Teknologi dan Masyarakat (STM) Pada Mata Pelajaran Ekonomi Kelas X SMA Negeri 15 Semarang, Skripsi, Semarang; Universitas Negeri Semarang, 2007, h. 42.
35
kelompok, bermain peran dan lain-lain. Pada akhir tahap ke-2 diharapkan melalui konstruksi dan rekonstruksi siswa menemukan konsep-konsep yang benar atau merupakan konsep-konsep para ilmuwan.45 Aplikasi konsep dalam kehidupan (tahap ke-3) merupakan pemahaman konsep yang benar dengan siswa melanjutkan analisis isu atau masalah yang. Adapun konsep-konsep yang telah dipahami siswa dapat diaplikasikan dalam kehidupan mereka sehari-hari.46 Guru perlu meluruskan kalau-kalau ada miskonsepsi selama kegiatan belajar berlangsung dalam pembentukan konsep, penyelesaian masalah dan/atau analisis isu, (tahap ke-2 dan tahap ke-3). Kegiatan ini disebut pemantapan konsep. Apabila selama proses pembentukan konsep tidak tampak ada miskonsepsi yang terjadi pada siswa, demikian pula setelah akhir analisis isu dan penyelesaian masalah, guru tetap melakukan pemantapan konsep sebagaimana tampak pada alur pembelajaran (tahap ke-4) melalui penekanan pada konsep-konsep kunci yang penting diketahui dalam bahan kajian tertentu. Hal ini dilakukan karena konsep-konsep kunci yang ditekankan pada akhir pembelajaran akan memiliki retensi lebih lama dibandingkan dengan kalau tidak dimantapkan atau ditekankan oleh guru pada akhir pembelajaran.47 Enam ranah yang terlibat dalam Model Pembelajaran Sains Teknologi dan Masyarakat pada tahap penilaian dapat dirinci sebagai berikut: a. Konsep, fakta, generalisasi, diambil dari bidang ilmu tertentu. b. Proses diartikan dengan bagaimana proses memperoleh konsep. 45
Ibid. Ibid., h. 42-43. 47 Ibid., h. 43. 46
36
c. Kreativitas mencakup lima perilaku individu, yaitu: 1) Kelancaran. Perilaku ini merupakan kemampuan sesesorang dalam menunjukkan banyak ide untuk menyelesaikan masalah-masalah. 2) Fleksibilitas. Seseorang kreatif yang fleksibel mampu menghasilkan berbagai macam ide di luar ide yang biasa dilakukan orang. 3) Orginilitas. Seseorang yang memiliki orginilitas dalam mencobakan suatu ide memiliki kekhasan yang berbeda dibandingkan dengan individu lain. 4) Elaborasi.
Seseorang
memiliki
kemampuan
elaborasi
mampu
menerapkan ide-ide secara rinci. 5) Sensitivitas. Kemampuan kreatif terakhir adalah peka terhadap masalah atau situasi yang ada di lingkungannya. d. Aplikasi konsep dalam kehidupan sehari-hari. e. Sikap, yang dalam hal ini mencakup menyadari kebesaran Tuhan, menghargai hasil penemuan ilmuan dan penemu produk teknologi, namun menyadari kemungkinan adanya dampak produk teknologi, peduli terhadap masyarakat yang kurang beruntung dan memelihara kelestarian lingkungan. f. Cenderung untuk ikut melaksanakan tindakan nyata apabila terjadi sesuatu dalam lingkungannya yang memerlukan peran sertanya. 48
48
Ibid., h. 43-44. Langkah-langkah ini dapat dilihat pula dalam Aade Sanjaya, Pendekatan STM (Sains Teknologi Masyarakat), dalam http://aadesanjaya.blogspot.com/2011/03/pendekatanstm-sains-teknologi.html. di akses pada tanggal 15 Maret 2011.
37
Model Pembelajaran Sains Teknologi dan Masyarakat mempunyai Langkah-langkah yang dapat dilihat pada gambar di bawah ini:
TAHAP 1
TAHAP 2
TAHAP 3
TAHAP 4
TAHAP 5
PENDAHULUAN: INISIASI/INVITASI/APERSEPSI EKSPLORASI THD SISWA
PEMBENTUKAN/ PENGEMBANGAN KONSEP
APLIKASI KONSEP DLM KEHIDUPAN: PENYELESAIAN MASALAH ATAU ANALISIS ISU
ISU ATAU MASALAH
PEMANTAPAN KONSEP
PEMANTAPAN KONSEP
PEMANTAPAN KONSEP
PENILAIAN
Gambar 3.2. Model Pembelajaran Sains Teknologi Masyarakat.49 5.
Kesulitan dan Kendala yang dihadapi dalam Model pembelajaran Sains Teknologi Masyarakat Pembelajaran menggunakan Model Pembelajaran Sains Teknologi dan Masyarakat apabila dirancang dengan baik, memakan waktu lebih lama bila dibandingkan dengan metode lainnya. Bagi guru tidak mudah untuk mencari isu atau masalah pada tahap pendahuluan yang terkait dengan topik yang 49
Anna poedjiadi, STM, Model Pembelajaran Konstektual Bermuatan Nilai, Bandung; Remaja Rosdakarya, 2005. h. 126.
38
dibahas atau dikaji, karena hal ini memerlukan adanya wawasan luas dari guru dan melatih tanggap terhadap masalah lingkungan.50 Guru perlu menguasai konsep materi yang terkait dengan konsep dan proses sains yang dikaji selama pembelajaran. Penyusunan perangkat penilaian memerlukan usaha untuk mempelajari secara khusus, misalnya untuk menilai kreativitas seseorang.51 6.
Faktor Pendukung dalam Model Pembelajaran Sains Teknologi Masyarakat Model pembelajaran Sains Teknologi dan Masyarakat yang lengkap yang dilakukan oleh seorang guru cukup dilakukan satu kali saja dalam satu semester. Apabila dalam satu semester seorang guru telah melakukan satu kali pembelajaran dengan Model Pembelajaran Sains Teknologi dan Masyarakat maka siswa telah mengalami pembelajaran Sains Teknologi Masyarakat sejumlah mata pelajaran pelajaran yang ada di sekolah. 52
C. Penerapan Model pembelajaran Pembelajaran Sains Teknologi Masyarakat Pada Materi Kalor Pembelajaran Fisika dengan model pembelajaran Sains Teknologi Masyarakat menurut keahlian dari guru untuk mampu menyajikan suatu permasalahan dalam kehidupan nyata ataupun penerapan konsep yang akan dipelajari dalam teknologi yang digunakan dilingkungan siswa. Berikut diuraikan langkah-langkah pembelajaran dengan Model Pembelajaran Sains Teknologi 50
Asiyah, Penerapan Metode Pembelajaran Portofolio Dengan Pendekatan Sains Teknologi dan Masyarakat (STM) Pada Mata Pelajaran Ekonomi Kelas X SMA Negeri 15 Semarang, Skripsi, Semarang; Universitas Negeri Semarang, 2007, h. 46. 51 Ibid. 52 Ibid., h. 46-47.
39
Masyarakat pada sub konsep pengaruh kalor terhadap suhu benda. 1. Guru menyampaikan fenomena mendidihnya air dalam dispenser ataupun masaknya beras dalam rice cooker. Kemudian guru mengeksplorasikan pengetahuan siswa dengan menanyakan kemungkinan jawaban atas kasus yang diungkapkan berdasarkan pengalaman siswa ataupun konsep-konsep yang telah diketahui siswa. Selanjutnya, guru menyampaikan indikator pembelajaran dan judul materi. 2. Guru dengan menggunakan metode demonstrasi menyampaikan satu konsep dasar mengenai pengertian kalor. Bahwa kalor adalah energi yang berpindah dari benda yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu rendah. Dengan bekal pengetahuan dasar ini, siswa melakukan kegiatan LKS. Dalam LKS ini mereka akan menemukan hubungan kalor yang diberikan dengan kenaikan suhu, massa, serta kalor jenis benda yang secara matematis dapat dituliskan Q = m c T. 3. Guru mengajak siswa mendiskusikan hubungan kasus yang dibahas dengan konsep tersebut. Ternyata air serta beras tersebut mengalami kenaikan suhu, artinya mereka menerima sejumlah energi kalor. Disini terlihat bahwa konsep kalor dapat merubah suhu benda ternyata mampu menjawab secara ilmiah kasus yang diungkapkan pada awal pembelajaran. Kemudian untuk melatih kemahiran siswa dalam menerapkan persamaan-persamaan yang ada, guru memberikan contoh soal dan latihan-latihan. 4. Pada tahap ini adalah pemantapan konsep, guru menegaskan jawaban LKS yang benar serta menjelaskan kembali materi yang dipelajari dengan
40
penekanan pada konsep-konsep dasar. Kegiatan ini dapat sekaligus merupakan suatu bimbingan bagi siswa untuk membuat rangkuman. 5. Tahap terakhir adalah evaluasi. Setelah guru memastikan tidak terjadi miskonsepsi atas konsep yang dipelajari, guru dapat memberikan evaluasi untuk mengukur tingkat keberhasilan pembelajaran pada pertemuan tersebut. D. Penelitian Terdahulu Model Pembelajaran Sains Teknologi Masyarakat yang terkait dari beberapa penelitian terdahulu dengan baik berupa skripsi, buku maupun jurnaljurnal ilmiah. Penelitian yang berbentuk skripsi antara lain peneitian Zainatul Mualiffah dengan judul penelitian Penggunaan Model Pembelajaran Sains Teknologi Masyarakat (STM) pada Pokok Bahasan Kalor di Kelas VII SMP Negeri I Jekan Raya Tahun Ajaran 2007/2008. Tujuan penelitian ini antara lain untuk mendeskripsikan aktifitas siswa, mengetahui pengelolaan pembelajaran, mengetahui respon siswa, dan mengetahui hasil belajar siswa pada pokok bahasan kalor setelah diajarkan dengan model pembelajaran STM. Hasil penelitian ini adalah seluruh aspek kegiatan siswa pada pembelajaran STM terlaksana dengan baik dengan skor rata-rata 35,5. Demikian halnya dengan aspek pengelolaan pembelajaran juga terlaksana dengan baik dengan skor rata-rata 44,5. Respon siswa terhadap pembelajaran pada umumnya menyatakan senang dan membantu untuk memahami materi kalor. Hasil belajar siswa dilihat dari ketuntasan individu, terdapat 3 orang yang tidak tuntas dari 29 siswa yang mengikuti tes akhir. Seara klasikal, pembelajaran ini dikatakan tuntas karena mampu menuntaskan sebanyak 89,65 % siswa. Tujuan pembelajaran khusus yang
41
digariskan tuntas sebanyak 90 % dengan ketuntasan rata-rata 75,97 %. Dari hasil tersebut dapat disimpulkan bahwa pembelajaran dengan STM dapat digunakan sebagai saah satu alternatif dalam pembelajaran fisika khususnya pada pokok bahasan kalor.53 Penelitian lainnya adalah penelitian yang dilakukan oleh Alwi, dengan judul penelitiannya Peningkatan Hasil Belajar Struktur Bumi Melalui Model pembelajaran Sains Teknologi Masyarakat Pada Siswa Kelas V Sd Negeri 008 Sebatik Barat Kabupaten Nunukan. Penelitian yang dilakukan oleh saudara Alwi memiliki rumusan masalah yaitu bagaimanakah meningkatkan hasil belajar struktur bumi melalui model pembelajaran sains teknologi masyarakat pada Siswa kelas V SD Negeri 008 Sebatik Barat. Adapun hasil penelitiannya antara lain (1) Model pembelajaran pembelajaran struktur bumi melalui model pembelajaran sains teknologi masyarakat dikondisikan agar siswa mau dan mampu menerapkan prinsip sains untuk menghasilkan karya teknologi sederhana atau solusi pemikiran untuk mengatur dampak negatif yang mungkin timbul akibat munculnya produk teknologi. (2) Hasil belajar struktur bumi pada siswa kelas V SDN 008 Sebatik Barat Kabupaten Nunukan mengalami peningkatan dengan menggunakan model pembelajaran sains teknologi masyarakat dan mencapai indikator yang ditetapkan yaitu nilai KKM 60.54
53
Zainatu Mualifah, Penggunaan Model Pembelajaran Sains Teknologi Masyarakat (STM) pada Pokok Bahasan Kalor di Kelas VII SMP Negeri I Jekan Raya Tahun Ajaran 2007/2008, Skripsi, (Palangka Raya; Universitas Palangka Raya, 2008), Abstrak. 54 Alwi, Peningkatan Hasil Belajar Struktur Bumi Melalui Pendekatan Sains Teknologi Masyarakat Pada Siswa Kelas V Sd Negeri 008 Sebatik Barat Kabupaten Nunukan, Skripsi, (Tarakan; Universitas Borneo Tarakan, 2011), Abstrak.
42
Penempatan model pembelajaran Sains Teknologi Masyarakat pada Penelitian ilmiah di atas sebagai salah satu model pembelajaran penting dalam dunia pendidikan. Walaupun demikian, penulis beranggapan penelitian yang dilakukan oleh penulis berbeda dengan penelitian model pembelajaran Sains Teknologi Masyarakat di atas. Penelitian yang dilakukan oleh Alwi, model pembelajaran Sains Teknologi Masyarakat digunakan sebagai alat ukur untuk menilai sejauh mana efektivitas model pembelajaran Sains Teknologi Masyarakat dalam kemajuan anak didik menerima pelajaran Strukur Bumi. Selain itu, obyek penelitiannya adalah anak kelas V SD Negeri 008 Sebatik Barat Kabupaten Nunukan. Sedangkan penelitian penulis menekankan model pembelajaran Sains Teknologi Masyarakat sebagai pengukur kemampuan anak didik dalam memahami pelajaran Fisika pembahasan Kalor, dan obyek penelitian dari penulis adalah siswa kelas VII MTsN-2 Palangka Raya yang tentunya memiliki pola pikir yang berbeda. Penelitian yang dilakukan oleh Zainatul Mualifah pun berbeda dengan penelitian yang dilaukan oleh penulis. Objek penelitian yang dilakukan oleh saudari Zainatul Mualifah adalah siswa kelas VII SMP Negeri I Jekan Raya Palangka Raya, sedangkan objek penelitian penulis adalah siswa kelas VII MTsN 2 Palangka Raya yang tentunya memiliki perbedaan karakteristik pembelajaran antara kedua sekolah tersebut, yang berimplikasi pada berbedanya hasil penelitian.
43
E. Kalor 1. Pengertian Kalor Kalor adalah energi yang berpindah dari benda yang suhunya lebih tinggi ke benda yang suhunya lebih rendah ketika kedua benda bersentuhan.55Kalor juga dapat didefinisikan sesuatu yang dipindahkan di antara sebuah system dan sekelilingnya sebagai akibat dari hanya perbedaan temperature.56 Kalor merupakan salah satu bentuk energi dalam satuan kalori.57 Akan tetapi, Satuan kalor dalam SI (Satuan Internasional) adalah joule karena kalor adalah energi. 58 Karena satuan energi dalam SI adalah joule (J) maka satuan kalor dalam SI juga joule (J).59 Sebagai informasi, 1 kalori kira-kira sama dengan 4,18 J atau sering dibulatkan 4,2 J, atau 1 J sama dengan 0,24 kalori.60 2. Pengaruh Kalor Terhadap Suhu Suatu Benda Kalor merupakan energi yang ditansfer dari satu benda ke benda lainnya karena adanya perbedaan temperature.61 Dengan kata lain, setiap perbedaan suhu antara dua benda maka akan terjadi perpindahan kalor. Perpindahan kalor pada umumnya lebih mudah diamati secara langsung antara kedua benda yang berbeda suhunya. Pengertian kalor berbeda dengan suhu. Suhu adalah ukuran derajat 55
Edi Istiyono, IPA Fisika Untuk SMA kelas X,2004, Klaten: PT. intan Pariwara, hal 13 David Halliday dan Robert Resnick, Physics, 3rd Edition, diterjemahkan oleh Pantur Silaban dan Erwin Sucipto, dengan judul Fisika, Edisi Ketiga, jilid 1, Jakarta; Erlangga, 1985, h. 722. 57 Akhmad Manna, DKK, IPA Fisika kelas VII, Klaten: PT. intan Pariwara,2006, hal 62 58 Ibid, hal 62 59 Sulistyo dan P. Setyono, Intisari Fisika untuk SMP: Ringkasan Materi Lengkap disertai Contoh Soal-Jawab dan Latihan UNAS, Bandung: Pustaka Setia, 2006, h. 157. 60 Marthen Kanginan, Fisika untuk SMP Kelas VII, Jakarta; Erlangga, 2006, h.132. 61 Douglas C. G, Fisika Edisi Kelima Jilid 1, Jakarta: Erlangga,2011, hal.49 56
44
panas atau dinginnya suatu benda.62 Kalor adalah energi yang berkait dari gerak acak molekul-molekul yang dapat kita rasakan sebagai panas, sesuatu yang pindah dari benda panas ke benda lebih dingin sampai sama suhunya.63 Jadi, kalor bukanlah jumlah energi yang dikandung dalam suatu benda melainkan sejumlah energi yang berpindah. Partikel-partikel bergerak lebih cepat dalam benda yang panas, sehingga memiliki energi kinetik yang lebih besar daripada partikel-partikel dalam benda yang lebih dingin. Ketika benda panas menyentuh benda dingin, partikel-partikel dalam benda panas menumbuk partikel-partikel dalam benda dingin. Tumbukan-tumbukan memindahkan energi dari partikel-partikel benda panas ke partikel-partikel benda dingin. Energi termal partikel-partikel dalam benda dingin bertambah sehingga suhunya naik. Pada akhirnya, kelajuan parikel benda panas sama dengan kelajuan partikel benda dingin. Kedua benda ini dikatakan mencapai keseimbangan termal. Benda-benda yang bersuhu lebih rendah dari pada suhu lingkungannya akan menerima kalor dari lingkungan sehingga suhunya mendekati lingkungan. Maka apabila kita membiarkan air es di tempat terbuka, lama kelamaan suhunya akan naik mendekati suhu lingkungan (tidak terasa dingin lagi). Banyak kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu suatu zat bergantung pada tiga faktor, yaitu: massa zat, kalor jenis zat, dan kenaikan suhunya.64 Sehingga dari uraian di atas dapat disimpulkan bahwa kalor yang diberikan pada suatu zat: 62
Supiyanto, Fisika untuk SMU/MA, Jakarta: Phibeta, 2006, hal.140 Ibid, hal.155 64 Ibid., h.134. 63
45
a. Sebanding dengan kenaikan suhu zat (ΔT) b. Sebanding dengan massa zat (m) c. Sebanding dengan kalor jenis zat (c)65 Hubungan antara kalor (Q) dan massa air (m) adalah sebanding.66 Semakin besar massa air yang dipanaskan, semakin banyak kalor yang dibutuhkan. Jika besarnya kalor yang dibutuhkan suatu zat yang bermassa m untuk kenaikan suhu ΔT sebesar Q, Secara matematis percobaan di atas dapat ditulis: 67 Q m T ................................................................................................(3.1) Selain massa dan kenaikan suhu, jumlah kalor yang dibutuhkan benda tergantung dari jenis zat yang dipanaskan. Untuk membedakan jenis zat biasanya setiap zat mempunyai kalor jenis yang berbeda satu dengan yang lainnyadan disimbolkan dengan c sehingga persamaan menjadi:68 Q m c T ...............................................................................................(3.2)
Keterangan: Q= kalor yang diperlukan (joule) m= massa benda (Kg) c= kalor jenis (J/Kg°C) ∆T= perubahan suhu (°C) atau (°K) 3. Kalor Jenis Dan Kapasitas Kalor Besarnya kalor suatu benda yang diperlukan atau dibuang bergantung 65
Zainatu Mualifah, Penggunaan Model Pembelajaran Sains Teknologi Masyarakat (STM) pada Pokok Bahasan Kalor di Kelas VII SMP Negeri I Jekan Raya Tahun Ajaran 2007/2008, Skripsi, (Palangka Raya; Universitas Palangka Raya, 2008), hal.23 66 Ibid, hal.6 67 Edi Istiyono, IPA Fisika Untuk SMA kelas X, Klaten: PT. intan Pariwara,2004,hal 13 68 Marthen Kanginan, Fisika untuk SMP Kelas VII, Jakarta; Erlangga, 2004, hal.46.
46
pada jenis zat tersebut. Kalor jenis (c) suatu zat adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan atau melepaskan suhu tiap kilogram massa suatu zat sebesar 1 K atau 1℃.69 Defenisi kalor jenis secara matematis dapat ditulis:70 c=
.∆
…………….……………..………………………...................... (3.3) Bila energi panas ditambahkan pada suatu zat, maka temperatur itu
akan naik, misal: air satu panci yang dipanaskan hingga mendidih memerlukan kalor tertentu. Jumlah energi panas Q yang dibutuhkan untuk menaikkan suhunya suatu zat adalah sebanding dengan perubahan temperatur dan massa zat itu.71 Secara matematis dapat ditulis:72 Q = C T…….………………….....…..……………….……………….. (3.4) Keterangan: C = kapasitas kalor yang didefinisikan sebagai energi panas yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur suatu zat dengan satu derajat satuannya (J/K atau J/0C). Hubungan kalor jenis (c) dan kapasitas kalor (C), secara matematis dapat dijabarkan sebagai berikut:73 Kalor jenis = Kapasitas kalor m c T = C T…...........................................(3.5)
69
Edi Istiyono, IPA Fisika Untuk SMA kelas X, Klaten: PT. intan Pariwara, 2004, hal 15 Marthen Kanginan, Fisika untuk SMP Kelas VII, Jakarta; Erlangga, 2004, hal.157 71 Paul A. Tippler, Fisika Untuk Sains dan Teknik Edisi Ketiga Jilid 1, Jakarta: Erlangga, 1998, hal.598 72 Ibid 73 Ibid 70
47
4. Pengaruh Kalor Terhadap Perubahan Wujud Zat Benda (suatu zat) pada umumnya jika diberi kalor terus menerus, maka dalam waktu tertentu zat tersebut wujudnya akan berubah menjadi wujud yang lain. Perubahan wujud zat pada prinsipnya merupakan suatu proses reversibel (prosenya dapat dibalik). Pada saat terjadi perubahan wujud zat, ternyata tidak terjadi kenaikan suhu meskipun pada zat tersebut ada kalor yang diberikan. Kalor yang ada digunakan untuk mengubah wujud zat, misalnya dari padat menjadi cair, bila diamati tidak nampak adanya pengaruh kalor (yang biasanya ditandai dengan perubahan suhu) disebut kalor laten (artinya kalor tersembunyi) dan dilambangkan dengan L. 74 Zat mengalami perubahan wujud seperti es batu, yaitu dari padat menjadi cair kemudian dari cair menjadi gas, misalnya besi padat pada suhu tertentu melebur menjadi besi cair. Bahkan, jika kalor erus diberikan, pada suhu yang sangat tinggi besi cair menjadi uap. Diagram perubahan wujud zat dapat dilukiskan sebagai berikut: Gas 2
5 6
4 3
Padat
Cair 1
74
Supiyanto, Fisika UntukSMU/MA……………, hal.160
48
Keterangan: Melepaskan kalor Memerlukan kalor 1. Melebur
4. Mengembun
2. Menguap
5. Menyublim
3. Membeku
6. Desposisi
Gambar 3.3 Diagram perubahan wujud zat41 a. Menguap, Mendidih, dan Mengembun Menguap adalah perubahan wujud dari cair menjadi uap (gas). 42 Menguapkan suatu zat cair memerlukan kalor, misalnya spiritus atau alkohol diteteskan pada tangan. Spiritus akan menguap dengan cepat dan tangan akan terasa dingin. Untuk menguap spiritus memerlukan kalor. Kalor tersebut diambil dari tangan sehingga tangan terasa dingin karena kalor mengalir meninggalkan tangan. 43 Beberapa faktor yang dapat mempercepat proses penguapan antara lain:44 1) Memanaskan 2) Memperluas permukaan 3) Meniupkan udara di atas permukaan 4) Menyemburkan zat cair 5) Mengurangi tekanan pada permukaan
41
Marthen Kanginan, Fisika untuk SMP Kelas VII, Jakarta; Erlangga, 2006,, h.138. Ibid, hal.159 43 Ibid 44 Ibid, hal.139 42
49
Peristiwa lain yang memperlihatkan bahwa pada waktu menguap diperlukan kalor adalah mendidih. Jika penguapan terjadi di permukaan zat cair saja yang dapat terjadi pada setiap suhu, maka mendidih adalah penguapan yang terjadi di seluruh bagian zat cair akibatnya dimana-mana timbul gelembung yang kemudian naik dan hanya terjadi pada titik didih.45 Pada waktu mendidih suhu zat tetap, sekalipun pemanasan terus dilakukan. Kalor yang diberikan pada zat digunakan untuk mengubah wujud dari cair menjadi wujud uap. Suhu tetap ini disebut titik didih yang besarnya sangat bergantung pada tekanan di permukaan zat itu. Titik didih zat pada tekanan 1 atm disebut titik didih normal. Kalor yang diperlukan untuk mengubah wujud 1 kg zat cair menjadi uap pada titik didih normalnya disebut kalor laten uap atau kalor uap. Kalor uap disebut juga kalor didih. Zat yang berubah wujud dari gas menjadi cair maka zat tersebut melepaskan kalor. Kalor yang dilepaskan untuk mengubah 1 kg uap menjadi cair pada titik didih normalnya dinamakan kalor laten embun atau kalor embun. Dari kedua istilah tersebut yang paling sering digunakan adalah kalor uap/ kalor embun (diberi simbol Lv). Banyak kalor yang diperlukan untuk mendidihkan zat bermassa m kg adalah Q joule, dapat ditulis dengan persamaan sebagai berikut:46 Q = m.Lv ............................................................................................(3.6) Dengan: Q = kalor (J) 45 46
Ibid, hal.141 Mikrajuddin. A, Fisika 1 B………………., hal. 100
50
m = massa (kg) Lv = kalor didih (J/kg) b. Melebur dan membeku Melebur adalah perubahan wujud zat dari padat menjadi cair. Pada saat melebur,47
zat memerlukan kalor meskipun tidak mengalami
kenaikan suhu. Titik lebur adalah suhu pada waktu zat melebur.48 Kalor yang diperlukan untuk mengubah 1 kg zat padat menjadi cair dinamakan kalor laten lebur atau kalor lebur. 49 Kalor yang dilepaskan pada waktu zat membeku dinamakan kalor laten beku atau kalor beku. Untuk zat yang sama kalor lebur sama dengan kalor bekunya. Selanjutnya kedua jenis kalor laten ini kalor lebur diberi simbol Lf. Jika banyak kalor yang diperlukan oleh zat bermassa m kg untuk melebur adalah Q joule, maka sesuai dengan definisi di atas dapat ditulis:50 Q = m.Lf …………….................................................………………..(3.7) Keterangan: Q = kalor (J) m = massa (kg) Lf = kalor lebur (J/kg) c. Menyublim Suatu zat kadang-kadang dapat berubah wujud dari padat langsung
47
Mikrajuddin. A, Fisika 1 B………………., hal. 97 Ibid 49 Supiyanto, Fisika UntukSMU/MA……………, hal.148 50 Ibid, hal.149 48
51
menjadi gas, proses ini disebut menyublim sebagai contoh kamper.51 Kebalikan dari proses menyublim adalah deposisi yakni perubahan wujud dari gas menjadi padat, misalnya pembentukan salju di atmosfer.52 5. Azas Black Ketika secangkir air teh panas didinginkan, hal ini biasanya dilakukan dengan mencampurkan air dingin. Setelah keseimbangan termal tercapai maka diperolehlah air hangat. Dalam pencampuran ini, tentulah air panas melepaskan energi kalor sehingga suhunya turun dan air dingin menerima energi kalor sehingga suhunya naik. Jika pertukaran kalor hanya terjadi antara air panas dan air dingin (tidak ada kehilangan kalor ke udara sekitar dan ke cangkir), maka sesuai dengan prinsip kekekalan energi: kalor yang dilepaskan oleh air panas (Qlepas) sama dengan kalor yang diterima air dingin (Qterima).53 Qlepas = Qterima......................................................(3.8) m c (T2 – T1) = m c (T1 – T2)54 Keterangan: Qlepas = Energi panas yang keluar atau yang dilepas
51
m
= massa zat
c
= massa jenis zat
T1
= Temperatur awal
Supiyanto, Fisika UntukSMU/MA……………, hal.160 Marthen Kanginan, IPA Fisika………………………………………………......., hal.79 53 Paul A. Tippler, Fisika Untuk Sains …………………………………...……..., hal.601 54 Edi Istiyono, IPA Fisika Untuk SMA kelas X, Klaten: PT. intan Pariwara, 2004, hal 17 52
52
T2
= Temperatur akhir
Prinsip kekekalan energi pada pertukaran kalor, pertama kali diukur oleh Joseph Black (1728-1799), seorang ilmuwan Inggris. Oleh karena itu prinsip kekekalan energi atau persamaan (3.8) dikenal dengan asas Black. 6. Perpindahan kalor Kalor adalah bentuk energi yang dapat berpindah karena perbedaan suhu benda.55 Kalor berpindah dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah, ditunjukkan pada Gambar 3.4 berikut ini:56
Gambar 3.4. Kalor Berpindah dari Suhu Tinggi ke Suhu Rendah
Ada tiga cara perpindahan kalor, yaitu konduksi
(hantaran),
perpindahan
secara
perpindahan secara
konveksi
(aliran),
dan
perpindahan secara radiasi (pancaran). a. Perpindahan Kalor Secara Konduksi Proses perpindahan kalor secara konduksi adalah perpindahan kalor melalui suatu zat tanpa disertai perpindahan partikel zat tersebut.57 Misalnya, letakkan sebuah sendok logam ke dalam cangkir berisi air teh
55
Mikrajudin Abdullah, IPA Fisika Untuk SMP kelas VII, Jakarta: PT. Erlangga, 2004, hal
56
Paul A. Tippler, Fisika Untuk Sains …………………………………...……..., hal.159 Supiyanto, Fisika UntukSMU/MA…, hal.163
127 57
53
panas sentuhlah ujung sendok yang tidak tercelup dalam air. Tangan akan terasa panas walaupun ujung sendok yang dipegang tidak bersentuhan langsung dengan air panas. Pada proses perpindahan kalor dari bagian sendok yang panas ke ujung sendok yang dingin tidak terjadi perpindahan molekul/atom logam dalam sendok. Pemanasan pada ujung zat menyebabkan partikel-partikel pada ujung itu bergetar lebih cepat dan suhunya naik, atau energi kinetiknya bertambah ditunjukkan pada Gambar 3.5. Partikel bergerak cepat
Aliran kalor
Partikel bergerak lambat
Gambar 3.5. Perindahan Kalor Konduksi
Pada peristiwa konduksi kalor berpindah dari satu molekul ke molekul lain dalam batang besi. Molekul-molekul pada ujung besi yang dipanaskan akan bergetar lebih cepat karena menerima kalor. Getaran ini mengakibatkan molekul di sampingnya lagi ikut bergetar. Demikian seterusnya, sampai molekul-molekul pada ujung besi yang lain juga ikut bergetar. Akibatnya, ujung besi itu yang semula dingin berubah menjadi panas. 58 Partikel-partikel dengan energi kinetik lebih besar ini memberikan
58
127
Mikrajudin Abdullah, IPA Fisika Untuk SMP kelas VII, Jakarta: PT. Erlangga, 2004, hal
54
sebagian energi kinetiknya pada partikel-partikel tetangganya secara terus menerus. Dalam logam, kalor dipindahkan melalui elektron-elektron bebas yang terdapat dalam struktur atom logam. Oleh karena elektron bebas mudah berpindah, pertambahan energi ini dengan cepat dapat diberikan ke elektron-elektron lain yang letaknya lebih jauh melalui tumbukan. b. Perpindahan Kalor Secara Konveksi Perpindahan kalor secara konveksi adalah proses dimana kalor ditransfer dengan pergerakan molekul dari satu tempat ke tempat yang lain, yang ditunjukkan pada Gambar 3.6.59 Ketika air yang diberi zat warna (kristal kalium permanganat) dipanasi, massa jenis air pada bagian itu menjadi lebih kecil karena memuai, sehingga air bergerak naik ke atas dan tempatnya digantikan oleh air dingin yang massa jenisnya lebih besar.
Pemanas Gambar 3.6. Konveksi Alami dalam Zat Cair Ada dua cara perpindahan kalor secara konveksi yaitu konveksi alamiah oleh pemberian kalor akibatnya memuai sehingga massa jenisnya kecil lalu bergerak naik dan konveksi paksa oleh pemberian usaha. Contoh konveksi alamiah adalah pemanasan air dalam panci, aliran udara pada
59
Douglas. C. Giancoli, Fisika Edisi…, hal.504
55
ventilasi rumah, angin darat dan angin laut sedangkan konveksi paksa seperti kipas angin atau baling-baling, pompa, blower, dan pengering rambut (hair dryer). Konveksi dalam keseharian adalah konveksi udara yang terjadi sewaktu membakar sampah, konveksi alami udara juga terjadi pada sistem ventilasi rumah dan peristiwa angin laut dan angin darat. c. Perpindahan Kalor Secara Radiasi Kalor dari matahari dapat sampai ke bumi melalui ruang hampa tanpa zat perantara disebut radiasi.60 Perpindahan kalor dapat terjadi melalui ruang hampa karena energi kalor dibawa dalam bentuk gelombang elektromegnetik. Hanya sebagian kecil saja dari spektrum gelombang elektromagnetik yang diamati langsung oleh indera mata yaitu cahaya tampak, sedangkan bagian yang lain tidak dapat diamati secara langsung. Perpindahan kalor secara radiasi ditunjukkan pada Gambar 3.7.
Gambar 3.7. Perpindahan Kalor Secara Radiasi
Faktor-faktor yang mempengaruhi laju kalor radiasi, dinyatakan dalam hukum Stefan-Boltzmann, ia menyatakan energi yang dipancarkan oleh suatu permukaan hitam dalam bentuk radiasi kalor tiap satuan waktu
60
Mikrajuddin. A, Fisika 1 B…, hal. 506
56
(Q/t) sebanding dengan luas permukaan (A) dan sebanding dengan pangkat empat suhu mutlak permukaan itu (T4). Contoh perpindahan radiasi lainnya, jika kita berdiri di dekat api unggun, perapian, tungku pemanas, dan semacamnya, maka kita akan merasakan panas. Panas yang kita rasakan tidak dihantarkan melalui udara karena udara termasuk konduktor kalor yang buruk. Panas tersebut juga tidak dipindahkan secara konveksi karena udara yang panas akan mengalir ke atas, bukan ke samping. Penerapan konsep perpindahan kalor dalam kehidupan sehari-hari yaitu:61 1. Termos merupakan peralatan rumah tangga yang dapat mencegah perpindahan kalor secara konduksi, konveksi, maupun radiasi.
Gambar 3.8 Termos Mengurangi Kehilangan Kalor Konduksi, Konveksi, dan Radiasi. 2. Setrika memindahkan kalor ke pakaian yang disetrika secara konduksi. 3. Panci umumnya terbuat dai bahan logam agar dapat memasak bahan makanan dengan cepat dan aman, karena bahana logam mampu mengalirkan kalor secara konduksi.
61
Agus. T, dkk, Fisika Untuk SLTP …, hal.23-24
57
4. Pada tungku-tungku pemanas yang menggunakan kayu bakar selalu dibuat cerobong yang tinggi, selain untuk mengeluarkan asap cerobong itu berfungsi juga untuk mengalirkan udara. Pembakaran di bawah cerobong membuat massa jenis udara menjadi kecil sehingga udara naik ke atas maka asap (butir-butir padat) ikut terbawa ke atas tidak mengganggu lokasi.62 5. Angin laut dan angin darat yang dimanfaatkan nelayan untuk berlayar menangkap ikan, pada malam hari suhu udara di darat lebih rendah daripada suhu di daratan sehingga udara di atas laut naik dan tempatnya digantikan udara diatas daratan dan terjadilah angin darat. Pada siang hari udara di atas daratan lebih tinggi daripada udara di atas lautan sehingga udara di atas daratan naik dan tempatnya digantikan oleh udara di atas laut dan terjadilah angin laut, seperti yang ditunjukkan gambar di bawah ini:
Gambar 3.9 Terjadinya angin Laut dan Angin Darat63
62 63
Ibid hal 24 Anni Winarsih . Kelas VII SMP IPA Terpadu hal 131
