PPY.ac.id

Menguak Rahasia Suhu dan Kalor: Contoh Soal IPA Kelas 7 Bab 4 K13 Beserta Pembahasan Lengkap

Pendahuluan

Ilmu Pengetahuan Alam (IPA) adalah mata pelajaran yang membuka jendela kita untuk memahami fenomena alam di sekitar. Di jenjang Sekolah Menengah Pertama (SMP), khususnya kelas 7, IPA mulai memperkenalkan konsep-konsep fisika, kimia, dan biologi yang lebih mendalam. Salah satu bab yang fundamental dan seringkali menjadi dasar pemahaman untuk materi selanjutnya adalah Bab 4 Kurikulum 2013 (K13) yang berjudul "Suhu, Kalor, dan Perpindahannya".

Bab ini sangat relevan dengan kehidupan sehari-hari kita. Mengapa es mencair di tempat terbuka? Mengapa gagang panci terasa panas saat memasak? Bagaimana termometer bekerja? Semua pertanyaan ini dan banyak lagi dapat dijawab dengan memahami konsep suhu, kalor, dan bagaimana energi panas berpindah.

Artikel ini dirancang untuk membantu siswa kelas 7, guru, maupun orang tua dalam memahami dan menguasai materi Suhu, Kalor, dan Perpindahannya melalui contoh soal yang bervariasi beserta pembahasannya yang mendalam. Tujuannya adalah tidak hanya sekadar memberikan jawaban, tetapi juga menjelaskan konsep di balik setiap soal, sehingga pemahaman siswa menjadi lebih komprehensif. Mari kita selami bersama.

Memahami Bab 4 IPA Kelas 7 K13: Suhu, Kalor, dan Perpindahannya

Sebelum masuk ke contoh soal, mari kita bedah terlebih dahulu materi-materi kunci yang ada di Bab 4 ini:

1. Suhu:

   • Pengertian: Suhu adalah derajat panas atau dinginnya suatu benda. Suhu menunjukkan energi kinetik rata-rata partikel dalam suatu benda. Semakin tinggi energi kinetik partikel, semakin tinggi suhunya.
   • Alat Ukur: Suhu diukur menggunakan termometer.
   • Skala Suhu: Ada beberapa skala suhu yang umum digunakan:
     • Celcius (°C): Titik beku air 0°C, titik didih air 100°C.
     • Reamur (°R): Titik beku air 0°R, titik didih air 80°R.
     • Fahrenheit (°F): Titik beku air 32°F, titik didih air 212°F.
     • Kelvin (K): Skala absolut, 0 K adalah suhu terendah yang mungkin (nol mutlak). Titik beku air 273 K, titik didih air 373 K.
   • Konversi Skala Suhu: Rumus konversi antar skala suhu sangat penting untuk dikuasai.
     • C : R : (F-32) : K = 5 : 4 : 9 : (K-273)
     • Contoh: C/5 = R/4 = (F-32)/9
     • K = C + 273

2. Kalor:

   • Pengertian: Kalor adalah bentuk energi yang berpindah dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah. Kalor akan terus berpindah hingga tercapai kesetimbangan termal (suhu kedua benda sama).
   • Perbedaan Suhu dan Kalor: Suhu adalah ukuran panas/dinginnya, sedangkan kalor adalah energi yang berpindah.
   • Satuan Kalor: Satuan internasional (SI) kalor adalah Joule (J). Satuan lain yang sering digunakan adalah kalori (kal). 1 kalori ≈ 4,2 Joule.
   • Kapasitas Kalor (C): Banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu suatu zat sebesar 1°C. Rumus: C = Q/ΔT.
   • Kalor Jenis (c): Banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 kg zat sebesar 1°C. Setiap zat memiliki kalor jenis yang berbeda. Rumus: Q = m c ΔT (dengan Q = kalor, m = massa, c = kalor jenis, ΔT = perubahan suhu).

3. Perpindahan Kalor:

   • Kalor dapat berpindah melalui tiga cara:
     • Konduksi: Perpindahan kalor melalui zat perantara tanpa disertai perpindahan partikel zat tersebut. Umumnya terjadi pada zat padat. Contoh: Sendok menjadi panas saat dicelupkan ke air panas.
     • Konveksi: Perpindahan kalor melalui zat perantara disertai perpindahan partikel zat tersebut. Umumnya terjadi pada zat cair dan gas. Contoh: Air mendidih dalam panci, angin laut dan angin darat.
     • Radiasi: Perpindahan kalor tanpa memerlukan zat perantara (melalui gelombang elektromagnetik). Contoh: Panas matahari sampai ke bumi, panas dari api unggun yang terasa di kulit.

4. Perubahan Wujud Zat:

   • Kalor juga dapat menyebabkan perubahan wujud zat, bukan hanya perubahan suhu. Selama perubahan wujud, suhu zat tetap konstan.
   • Mencair/Melebur: Dari padat ke cair (membutuhkan kalor lebur).
   • Membeku: Dari cair ke padat (melepas kalor beku).
   • Menguap: Dari cair ke gas (membutuhkan kalor uap).
   • Mengembun: Dari gas ke cair (melepas kalor embun).
   • Menyublim: Dari padat ke gas (membutuhkan kalor sublimasi).
   • Mengkristal/Deposisi: Dari gas ke padat (melepas kalor kristalisasi).
   • Kalor Laten: Kalor yang dibutuhkan atau dilepaskan untuk mengubah wujud zat pada suhu konstan. Rumus: Q = m * L (L = kalor lebur/uap).

Strategi Belajar Efektif untuk Bab Ini

• Pahami Konsep Dasar: Jangan hanya menghafal rumus, tapi pahami makna di balik setiap definisi dan konsep.
• Latihan Soal Bervariasi: Kerjakan soal dari berbagai tingkat kesulitan dan jenis (pilihan ganda, esai, perhitungan).
• Buat Rangkuman: Catat poin-poin penting, rumus, dan contoh-contoh dalam bentuk peta konsep atau rangkuman.
• Lakukan Praktikum Sederhana: Jika memungkinkan, lakukan percobaan sederhana di rumah (misalnya merebus air, mengamati es mencair) untuk melihat langsung konsep-konsep ini.
• Diskusi: Diskusikan materi dengan teman atau guru jika ada bagian yang kurang jelas.

Contoh Soal dan Pembahasan

Berikut adalah 10 contoh soal IPA Kelas 7 Bab 4 K13 tentang Suhu, Kalor, dan Perpindahannya, lengkap dengan pembahasannya.

Soal 1 (Pilihan Ganda – Suhu & Konversi)

Suhu suatu benda diukur dengan termometer Celcius menunjukkan angka 25°C. Jika suhu tersebut diukur menggunakan termometer Fahrenheit, berapa nilai yang ditunjukkan?

a. 45°F
b. 68°F
c. 77°F
d. 82°F

Pembahasan:
Untuk mengkonversi suhu dari Celcius ke Fahrenheit, kita menggunakan rumus:
°F = (9/5 * °C) + 32

Diketahui: °C = 25°C
Maka:
°F = (9/5 25) + 32
°F = (9 5) + 32
°F = 45 + 32
°F = 77

Jadi, suhu yang ditunjukkan pada termometer Fahrenheit adalah 77°F.

Jawaban: c. 77°F

Soal 2 (Pilihan Ganda – Perbedaan Suhu & Kalor)

Perhatikan pernyataan berikut:

1. Suhu adalah ukuran derajat panas atau dinginnya suatu benda.
2. Kalor adalah energi yang berpindah.
3. Suhu diukur dengan kalorimeter.
4. Kalor diukur dengan termometer.

Pernyataan yang benar mengenai suhu dan kalor adalah…

a. 1 dan 2
b. 1 dan 3
c. 2 dan 4
d. 3 dan 4

Pembahasan:

• Pernyataan 1 benar. Suhu memang menunjukkan derajat panas atau dingin.
• Pernyataan 2 benar. Kalor adalah energi yang berpindah karena perbedaan suhu.
• Pernyataan 3 salah. Suhu diukur dengan termometer, bukan kalorimeter. Kalorimeter digunakan untuk mengukur jumlah kalor.
• Pernyataan 4 salah. Kalor diukur dalam satuan Joule atau kalori, dan perhitungannya bisa melibatkan kalorimeter, bukan termometer. Termometer mengukur suhu.

Dengan demikian, pernyataan yang benar adalah 1 dan 2.

Jawaban: a. 1 dan 2

Soal 3 (Esai – Perpindahan Kalor)

Jelaskan tiga cara perpindahan kalor dan berikan masing-masing satu contoh peristiwa dalam kehidupan sehari-hari!

Pembahasan:
Tiga cara perpindahan kalor adalah:

1. Konduksi: Perpindahan kalor melalui zat perantara tanpa disertai perpindahan partikel zat tersebut. Umumnya terjadi pada zat padat.

   • Contoh: Ujung sendok yang dicelupkan ke dalam teh panas akan terasa panas hingga ke gagangnya, meskipun gagang sendok tidak langsung menyentuh teh. Panas merambat melalui partikel-partikel sendok.

2. Konveksi: Perpindahan kalor melalui zat perantara yang disertai dengan perpindahan partikel zat tersebut. Umumnya terjadi pada zat cair dan gas.

   • Contoh: Air yang dipanaskan dalam panci akan mendidih. Air di bagian bawah yang panas akan bergerak naik, sedangkan air dingin di bagian atas akan bergerak turun menggantikan posisi air panas, membentuk arus konveksi.

3. Radiasi: Perpindahan kalor tanpa memerlukan zat perantara (media). Kalor berpindah dalam bentuk gelombang elektromagnetik.

   • Contoh: Panas matahari sampai ke bumi meskipun melewati ruang hampa. Atau, ketika kita berada di dekat api unggun, kita akan merasakan panasnya meskipun tidak menyentuh api atau asapnya.

Soal 4 (Perhitungan – Kalor Jenis)

Sebuah logam bermassa 2 kg dipanaskan dari suhu 20°C menjadi 70°C. Jika kalor jenis logam tersebut adalah 450 J/kg°C, berapa kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu logam tersebut?

Pembahasan:
Diketahui:

• Massa (m) = 2 kg
• Suhu awal (T₁) = 20°C
• Suhu akhir (T₂) = 70°C
• Kalor jenis (c) = 450 J/kg°C

Ditanyakan: Kalor (Q)?

Langkah-langkah:

1. Hitung perubahan suhu (ΔT):
   ΔT = T₂ – T₁ = 70°C – 20°C = 50°C

2. Gunakan rumus kalor: Q = m c ΔT
   Q = 2 kg 450 J/kg°C 50°C
   Q = 900 * 50
   Q = 45.000 J

Jadi, kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu logam tersebut adalah 45.000 Joule.

Soal 5 (Pilihan Ganda – Perubahan Wujud)

Proses perubahan wujud zat dari gas menjadi cair disebut…

a. Menguap
b. Membeku
c. Mengembun
d. Menyublim

Pembahasan:

• Menguap: Cair menjadi gas.
• Membeku: Cair menjadi padat.
• Mengembun: Gas menjadi cair.
• Menyublim: Padat menjadi gas.

Jadi, proses perubahan wujud zat dari gas menjadi cair adalah mengembun. Contohnya adalah terbentuknya titik-titik air di permukaan gelas berisi es.

Jawaban: c. Mengembun

Soal 6 (Esai – Aplikasi Konsep)

Mengapa bagian bawah panci biasanya dibuat berwarna gelap, sedangkan pegangannya dilapisi bahan isolator seperti plastik atau kayu? Jelaskan berdasarkan konsep perpindahan kalor!

Pembahasan:

• Bagian bawah panci berwarna gelap: Warna gelap (hitam) adalah penyerap kalor (panas) yang baik. Dengan bagian bawah panci berwarna gelap, energi panas dari api atau kompor akan lebih efisien diserap dan dihantarkan ke dalam panci, sehingga makanan atau air di dalamnya lebih cepat panas. Ini berkaitan dengan konsep radiasi (penyerapan panas dari sumber) dan konduksi (penghantaran panas ke dalam panci).

• Pegangan dilapisi bahan isolator (plastik/kayu): Plastik dan kayu adalah contoh bahan isolator termal, yaitu bahan yang sulit menghantarkan kalor. Tujuannya adalah untuk mencegah panas dari panci yang sedang dipanaskan merambat ke tangan kita melalui konduksi. Dengan demikian, kita dapat memegang panci dengan aman tanpa merasa kepanasan. Ini berkaitan erat dengan konsep konduksi dan penggunaan isolator untuk menghambat perpindahan kalor.

Soal 7 (Perhitungan – Kalor Lebur)

Berapa kalor yang diperlukan untuk meleburkan 500 gram es pada suhu 0°C menjadi air seluruhnya pada suhu 0°C, jika kalor lebur es adalah 336.000 J/kg?

Pembahasan:
Diketahui:

• Massa es (m) = 500 gram = 0,5 kg (ingat, satuan harus SI)
• Suhu = 0°C (tetap, karena ini perubahan wujud)
• Kalor lebur es (L) = 336.000 J/kg

Ditanyakan: Kalor (Q) untuk meleburkan es?

Langkah-langkah:

1. Gunakan rumus kalor laten untuk melebur: Q = m L
   Q = 0,5 kg 336.000 J/kg
   Q = 168.000 J

Jadi, kalor yang diperlukan untuk meleburkan 500 gram es adalah 168.000 Joule.

Soal 8 (Pilihan Ganda – Contoh Perpindahan Kalor)

Peristiwa berikut yang menunjukkan perpindahan kalor secara konveksi adalah…

a. Terasa hangat saat berada di dekat api unggun.
b. Ujung sendok menjadi panas saat digunakan mengaduk kopi panas.
c. Terjadinya angin laut pada siang hari.
d. Penggunaan setrika listrik untuk merapikan pakaian.

Pembahasan:

• a. Terasa hangat saat berada di dekat api unggun: Ini adalah contoh radiasi (panas terpancar tanpa medium).
• b. Ujung sendok menjadi panas saat digunakan mengaduk kopi panas: Ini adalah contoh konduksi (panas merambat melalui sendok).
• c. Terjadinya angin laut pada siang hari: Ini adalah contoh konveksi. Udara di atas daratan lebih cepat panas dan bergerak naik, digantikan oleh udara dingin dari atas laut yang bergerak ke daratan.
• d. Penggunaan setrika listrik: Panas dari setrika berpindah ke pakaian secara konduksi (kontak langsung).

Jawaban: c. Terjadinya angin laut pada siang hari.

Soal 9 (Esai – Termometer)

Jelaskan prinsip kerja termometer zat cair (misalnya termometer raksa atau alkohol)!

Pembahasan:
Prinsip kerja termometer zat cair didasarkan pada sifat zat cair (raksa atau alkohol) yang mengalami pemuaian (perubahan volume) ketika suhunya berubah.

Ketika termometer ditempatkan pada benda yang lebih panas, kalor dari benda tersebut akan mengalir ke zat cair di dalam termometer. Penyerapan kalor ini menyebabkan zat cair memuai (volumenya bertambah). Karena zat cair terperangkap dalam tabung kapiler yang sangat sempit, pemuaian sedikit saja akan menyebabkan kolom zat cair naik secara signifikan. Skala pada termometer telah dikalibrasi sedemikian rupa sehingga ketinggian kolom zat cair menunjukkan nilai suhu tertentu.

Sebaliknya, jika termometer ditempatkan pada benda yang lebih dingin, zat cair akan melepaskan kalor dan mengalami penyusutan (volumenya berkurang), sehingga kolom zat cair akan turun, menunjukkan suhu yang lebih rendah.

Soal 10 (Perhitungan Gabungan – Kalor)

Air bermassa 1 kg bersuhu 20°C dipanaskan hingga mendidih (100°C). Jika kalor jenis air adalah 4.200 J/kg°C, berapa total kalor yang dibutuhkan?

Pembahasan:
Diketahui:

• Massa air (m) = 1 kg
• Suhu awal (T₁) = 20°C
• Suhu akhir (T₂) = 100°C (titik didih air)
• Kalor jenis air (c) = 4.200 J/kg°C

Ditanyakan: Total kalor (Q)?

Langkah-langkah:

1. Hitung perubahan suhu (ΔT):
   ΔT = T₂ – T₁ = 100°C – 20°C = 80°C

2. Gunakan rumus kalor untuk menaikkan suhu: Q = m c ΔT
   Q = 1 kg 4.200 J/kg°C 80°C
   Q = 4.200 * 80
   Q = 336.000 J

Jadi, total kalor yang dibutuhkan untuk memanaskan air tersebut dari 20°C hingga 100°C adalah 336.000 Joule.

Kunci Jawaban Singkat:

1. c. 77°F
2. a. 1 dan 2
3. (Lihat Pembahasan)
4. 45.000 J
5. c. Mengembun
6. (Lihat Pembahasan)
7. 168.000 J
8. c. Terjadinya angin laut pada siang hari.
9. (Lihat Pembahasan)
10. 336.000 J

Penutup

Memahami konsep suhu, kalor, dan perpindahannya adalah fondasi penting dalam pembelajaran IPA. Materi ini tidak hanya relevan untuk ujian, tetapi juga membantu kita memahami banyak fenomena di dunia nyata. Melalui latihan soal yang terstruktur dan pembahasan yang mendalam seperti yang telah disajikan, diharapkan siswa dapat menguasai materi ini dengan lebih baik.

Ingatlah, kunci keberhasilan dalam belajar IPA adalah dengan tidak hanya menghafal, tetapi juga memahami konsep dasar, menghubungkannya dengan aplikasi dalam kehidupan sehari-hari, dan terus berlatih. Jangan ragu untuk mencari sumber belajar tambahan dan bertanya kepada guru jika ada hal yang belum jelas. Selamat belajar dan teruslah menjelajahi keajaiban ilmu pengetahuan!