ALAT EKSPERIMEN SUHU DAN TEKANAN UDARA, SMPN 5 TAKALAR - Mei 2006

Silakan lihat juga di link Youtube ini

A.   Cara Pembuatan Alat Peraga

1.         Alat dan Bahan

a.         Alat

1)        Pisau tajam atau pisau cutter dan solder listrik.

2)        Spidol permanen warna hitam.

3)        Penggaris 30 cm satu buah

b.        Bahan

1)       Botol plastik kecil yang bening, bekas air minum kemasan 2 buah, beserta penutupnya.

2)       Botol plastik besar bekas air minum kemasan 2 buah.

3)       Selang plastik diameter 6 mm sepanjang 60 cm.

4)       Lem serba guna yang cocok untuk plastik dan isolasi bening.

2.      Proses Pembuatan Alat Peraga I (lihat Gambar 1)

a.         Ambil satu buah botol plastik bekas (botol A). Buat satu lubang berdiameter 5 mm pada sisi botol berjarak 5 cm dari dasarnya.

b.        Ambil dua penutup botol. Buat lubang berdiameter 5 mm pada setiap penutup botol tersebut.

c.         Selang plastik dipotong dua, masing-masing sepanjang 30 cm.

d.        Ambil satu selang. Masukkan salah satu ujungnya sepanjang 1 cm ke lubang penutup botol dari arah luarnya. Beri lem di tepi lubangnya pada sisi luar dan sisi dalam penutup botol. Tunggu hingga kering, pastikan tidak terjadi kebocoran. Lakukan hal yang sama pada ujung selang lainnya dengan penutup botol kedua. Pemberian lem dapat diulangi setelah lem pertama kering.

e.         Ambil selang kedua. Masukkan salah satu ujungnya ke dalam lubang pada botol A sepanjang 1 cm.

f.         Beri lem di sekeliling selang yang melekat ke badan botol. Beri lem yang agak banyak untuk menghindari kebocoran, tunggu hingga kering. Bila perlu pemberian lem dilakukan lebih dari satu kali.

g.        Lengkungkan selang itu ke atas dan rapatkan ke botol lalu beri isolasi agar selang itu melekat ke botol. Posisikan agar ujung selang lebih tinggi daripada mulut botol.

h.        Beri tanda ukur berupa garis-garis datar pendek mulai dari jarak 10 cm dari bawah ke atas hingga mendekati leher botol. Beri tanda ukur serupa pada selang plastik di botol itu.

i.          Siapkan dua botol plastik bekas yang besar. Potong kedua botol itu masing-masing setinggi 21 cm dari dasarnya.

j.          Alat peraga telah siap.

                           Foto eksperimen di SMPN 5 Takalar, Mei 2006 

B. Cara Penggunaan Alat Peraga dan Pembahasannya

            Alat atau perlengkapan dan bahan yang dibutuhkan dalam menggunakan alat peraga ini adalah:

1.      Cangkir plastik satu buah.

2.      Air panas 0,5 liter (jangan yang baru saja mendidih karena akan membuat botol plastik berubah bentuk)

3.      Air es 0,5 liter dan air dingin 0,5 liter.

4.      Pewarna makanan (merah) 1 botol kecil.

            Cara menggunakan Alat Peraga I adalah sebagai berikut:

-          Isilah  botol A dengan air dingin hingga setinggi 12 cm. Masukkan pewarna makanan ke dalamnya dan guncangkan dengan pelan botol itu untuk meratakan warnanya.

-          Tutup rapat botol itu dengan penutup berselang yang telah disiapkan. Tutup pula botol kedua (botol B) dengan penutup botol lainnya. Sehingga diperoleh dua buah botol yang penutupnya saling dihubungkan dengan selang plastik. Botol A berisi air warna merah sedangkan botol B dalam keadaan kosong.

-          Siapkan dua buah botol plastik besar yang telah dipotong. Isilah botol itu dengan air panas hingga setinggi 6 cm (wadah A). Isi pula botol besar lainnya (wadah B) dengan air es setinggi 6 cm.

-          Masukkan botol B (botol kosong) ke dalam wadah A (berisi air panas) tanpa menekannya. Amati apa yang terjadi dengan permukaan air di dalam selang. Lima detik kemudian, tekan botol itu hingga bagian dasarnya rapat ke wadah selama 5 – 10 detik. Amati gerakan dan tinggi permukaan air.

-          Kemudian keluarkan botol B dari wadah A, lalu masukkan ke dalam wadah B (berisi air es) tanpa menekannya. Amati gerakan permukaan air di dalam selang. Setelah 5 detik, tekan botol B hingga rapat ke dasar wadah. Amati gerakan permukaan airnya.

-          Setelah 5 – 10 detik, pindahkan lagi botol B ke wadah A, letakkan selama 1 – 2 detik lalu tekan hingga ke dasar selama 5 detik. Amati gerakan dan tinggi air di dalam selang.

-          Setelah itu pindahkan lagi botol B ke wadah B dengan proses dan lama yang relatif sama. Lakukan pemindahan beberapa kali.

Percobaan dapat pula dilakukan dengan memegang botol B dengan kedua telapak tangan tanpa menekannya, pada saat suhu masih normal. Bandingkan bila botol B tersebut disentuh dengan telapak tangan yang panas (kering) dan bila disentuh dengan telapak tangan yang dingin (telah direndam dalam air es).

HASIL EKSPERIMEN

1.    Hasil pengamatan

Pada saat botol B diletakkan ke dalam wadah A yang airnya panas, maka tinggi air di dalam selang akan naik. Ketika botol itu ditekan hingga ke dasar wadah maka air di dalam selang bertambah naik beberapa sentimeter, bahkan tertumpah. Sesaat kemudian air itu kembali turun secara perlahan (berdetak).

Saat botol B itu dipindahkan ke dalam wadah B yang berisi air dingin, maka tinggi air di dalam selang turun hingga di bawah batas air bersuhu normal. Ketika botol B ditekan hingga ke dasar wadah, maka seketika tinggi airnya akan turun drastis, bahkan gelembung udara akan masuk ke dalam botol A melalui selang.

Setiap kali dilakukan pemindahan botol maka terjadi perubahan tinggi permukaan air di dalam selang. Bila botol B dimasukkan ke dalam wadah berisi air panas, maka permukaan air di dalam selang botol A akan naik. Sebaliknya, bila botol B dimasukkan ke dalam air dingin, maka permukaan air di dalam selang botol A akan turun.

Setelah air dari botol A sebagian tertumpah keluar serta udara luar masuk ke dalamnya melalui selang, maka volume air akan berkurang. Sedangkan volume udara di dalam botol A bertambah.

2.    Pembahasan

Pada saat botol B diletakkan di dalam wadah A yang berisi air panas maka udara di dalam botol B akan turut panas dan memuai. Pemuaian itu menyebabkan volumenya bertambah dan menekan air di dalam botol A untuk keluar. Sehingga sebagian air itu akan terdesak keluar melalui selang, akibatnya permukaan air di dalam selang akan naik bahkan tertumpah. Pada saat terjadi aliran atau perpindahan kalor dari botol B ke botol A maka permukaan air pada selang akan berdetak naik. Tetapi pada saat udara dari botol A mengalir ke botol B, permukaan air di selang akan berdetak turun karena udara yang lebih dingin (rapat) masuk ke botol B. Hal ini terjadi sebagai akibat adanya proses perataan kalor pada kedua massa udara di botol A dan botol B.

Bila botol B ditekan hingga ke dasar wadah, maka udaranya akan menerima kalor lebih banyak sehingga pemuaiannya besar pula. Akibatnya udara di dalam kedua botol mendesak air di dalam botol A lebih kuat dan membuat lebih banyak air yang tertumpah.

Ketika botol B dipindahkan ke dalam wadah B yang berisi air es, maka akan terjadi penyusutan udara di dalam botol B. Akibatnya udara dalam botol A akan terhisap ke dalam botol B dan turut pula menyusut. Sehingga permukaan air di dalam selang akan turun karena air di dalam botol A ikut naik.

Bila botol B ditekan hingga ke dasar wadah, maka terjadi pendinginan yang lebih besar terhadap udaranya. Sehingga terjadilah penyusutan udara yang besar pula. Akibatnya, volume udara di dalam kedua botol semakin kecil dan membuat permukaan air di dalam selang semakin rendah. Bahkan dapat mengakibatkan masuknya udara luar ke botol A melalui selangnya.

Bila isi botol A sebagian tertumpah serta ada udara luar yang masuk ke dalamnya, volume udara di dalam kedua botol akan bertambah. Maka ketika udara itu kembali mendapat kalor, tingkat pemuaiannya akan bertambah besar. Sehingga air yang keluar juga lebih banyak dibandingkan percobaan sebelumnya. Demikian pula dengan volume udara yang masuk ke dalam botol pada saat botol B didinginkan, juga lebih banyak bila dibandingkan dengan percobaan sebelumnya.

Peragaan tersebut dapat membuktikan bahwa:

a.         Udara dapat memuai/mengembang dan dapat pula mengerut/menyusut sehingga dapat dikatakan bahwa udara bersifat elastis.

b.        Udara memiliki tekanan. Pada udara tertutup, bila suhunya dinaikkan maka tekanannya akan naik pula. Bila suhunya diturunkan maka tekanannya juga rendah (Hukum Charles).

c.         Bila suhu udara bertambah maka volumenya juga akan bertambah. Bila suhunya rendah maka volumenya akan berkurang.

Alat peraga ini sangat sederhana sehingga mudah dibuat dengan biaya murah dibandingkan dengan alat peraga yang tercantum dalam beberapa referensi. Biaya pembuatan alat peraga ini tidak lebih dari Rp 20.000, itupun jika harus membeli empat botol air kemasan terlebih dahulu untuk memperoleh botol bekasnya. Jika bahan botol kemasannya memanfaatkan barang bekas maka selain jauh lebih murah, juga turut menjaga kelestarian dan kebersihan lingkungan. Selain itu, alat peraga ini tidak terdapat pada berbagai referensi yang penulis baca. Sehingga dapatlah kiranya dinyatakan sebagai suatu inovasi, meskipun sangat sederhana.