a. Penguapan

Jika zat cair dipanaskan akan menguap dan berubah wujud menjadi gas. Perubahan wujud dari zat cair menjadi uap (gas) disebut menguap. Contoh peristiwa penguapan sehari-hari yaitu memasak air. Jika Anda memanaskan air yang terdapat dalam panci terbuka, pada suhu tertentu terlihat gelembung-gelembung uap air naik ke permukaan dan menghilang. Kita katakan terjadi penguapan pada permukaan zat cair tersebut. Oleh karena suhu naik, pada suhu tertentu gelembung-gelembung uap tidak hanya terdapat pada permukaan zat cair melainkan di seluruh zat cair Peristiwa ini dikatakan mendidih. Jadi, menguap adalah perubahan wujud dari cair menjadi gas. Dalam peristiwa menguap diperlukan kalor. Menguap dapat terjadi pada sembarang suhu, sedang mendidih hanya terjadi pada titik didih zat. Pada penguapan, gelembung-gelembung uap hanya terjadi pada permukaan zat cair. Zat cair dikatakan mendidih bila gelembung-gelembung uap terjadi di dalam seluruh zat cair dan dapat meninggalkan zat cair. 

Untuk mendidih zat memerlukan kalor. Setelah mendidih meskipun Anda terus memberikan kalor suhu air tersebut adalah tetap. Jadi, pada waktu zat cair mendidih, suhunya tetap. Energi kalor yang diberikan ini mengubah air mendidih dari wujud cair ke wujud gas. Energi kalor ini akan dilepaskan lagi ketika uap air mengembun dan kembali menjadi air. Jadi, uap air pada suhu 100⁰C memiliki energi kalor lebih besar daripada air 100⁰C. Banyaknya kalor yang diperlukan untuk mengubah wujud  (menguapkan) 1 kg air menjadi uap air pada titik didihnya (100⁰C) adalah 2260000 J. Untuk menguapkan 1 kg alkohol menjadi uap pada titik didihnya (78⁰C) diperlukan kalor hanya 1100000 J. Jadi,  angka 2260000 J/kg adalah khas untuk air dan 1100000 J/kg adalah khas untuk alkohol. Angka 2260000 J/kg didebut kalor uap air, dan angka 1100000 J/kg disebut kalor uap alkohol. Zat cair lain memiliki nilai kalor uap yang berbeda. Jadi, kalor uap suatu zat adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menguapkan 1 kg zat cair pada titik didihnya.

b. Aplikasi Peristiwa Penguapan

Beberapa contoh dalam kehidupan sehari-hari yang menunjukkan bahwa penguapan menghasilkan pendinginan, misalnya Tubuh kita melakukan proses penguapan yaitu penguapan keringat, anjing menjulurkan lidahnya agar terjadi penguapan. Kedua kasus tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut. Ketika tubuh kita berkeringat karena bekerja berat atau berolah raga, keringat tersebut akan menguap. Penguapan ini adalah cara tubuh kita mengatur suhu badan. Pada waktu suhu darah naik sedikit di atas suhu normal, kelenjar hypothalamus mendeteksi kenaikan suhu ini, kemudian mengirim sinyal ke kelenjar keringat agar kelenjar ini meningkatkan produksi keringat. Keringat ini keluar dari pori-pori kulit, kemudian menguap. Kalor yang diperlukan untuk menguapkan keringat diambil dari tubuh kita sendiri sehingga tubuh menjadi lebih dingin.

Anjing yang kulitnya tidak berkeringat memiliki cara sendiri menghadapi cuaca panas. Ketika cuaca panas, anjing menjulurkan lidahnya agar terjadi penguapan pada air ludahnya sehingga tubuh anjing menjadi lebih dingin.

Kalor yang diperlukan mengubah wujud 1 kg zat cair menjadi uap pada titik didih normalnya dinamakan kalor laten uap atau kalor uap saja. Kalor uap disebut juga kalor didih, swdangkan kalor yang dilepaskan untuk mengubah wujud 1 kg uap menjadi cair pada titik didih normalnya dinamakan kalor laten embun atau kalor embun saja. Hasil percobaan menunjukkan bahwa bahwa untuk zat yang sama, kalor didih = kalor embun. Dari kedua istilah itu yang paling umum digunakan adalah kalor didih (Lv).

Jika banyaknya kalor yang diperlukan untuk mendidihkan zat yang massanya m kg adalah Q joule, maka dapat ditulis :

Lv = Q/m  atau  Q = mLv                                                      (1.4.6)

dengan Lv = kalor didih zat yang dinyatakan dalam Joule/kg.

Contoh 1.4.5: Pemecahan masalah

Ayuria ditugaskan untuk mengamati proses pemanasan suatu zat. Ia kemudian memanaskan sebongkah es. Pada saat suhu es mencapai 0⁰C, ia mengamati tidak ada peningkatan suhu selama beberapa saat. Padahal panas terus diberikan pada es tersebut. Begitu juga ketika telah menjadi air, ia memanaskan sehingga suhunya mencapai100⁰C. Pada keadaan tersebut, ia terus mencoba mema-naskan air tetapi suhu air ternyata tetap dan tidak mengalami perubahan. Mengapa hal tersebut bisa terjadi?  Jika massa es 1 kg, suhu awal es -15⁰C, kalor jenis  es 2100J/kg ⁰C, kalor jenis air 4186 J/kg ⁰C, kalor uap 2256J/kg, kalor lebur es 334 ×103 J/kg, dan ia ingin memanaskan hingga menjadi uap air seluruhnya, berapa kalor yang diperlukan selama proses tersebut?

Penyelesaian:

Visualisasi masalah: Variabel-variabel yang teridentifikasi:

Diketahui:

m = 1 kg

suhu awal es = - 15⁰C

suhu akhir uap air = 100⁰C

ces = 2100J/kg ⁰C

    cair = 4186 J/kg ⁰C

Lv = 2256 ×103 J/kg

Lf = 334 ×103 J/kg

Ditanyakan:

a.   Mengapa suhu es pada 0⁰C tidak mengalami perubahan suhu selama beberapa saat meskipun terus dipanaskan, dan mengapa air mendidih pada suhu 100⁰C tidak mengalami perubahan suhu selama beberapa saat meskipun terus dipanaskan?

b.     Total kalor Q yang diperlukan? (Joule)

Deskripsi Fisika

Kesesuaian persamaan dengan deskripsi

-     Menentukan kalor yang diterima es -15⁰C untuk menjadi es 0⁰C dengan persamaan .

-     Menentukan kalor yang diterima es 0⁰C untuk melebur seluruhnya menjadi air 0⁰C dengan persamaan .

-     Menentukan kalor yang diterima air  0⁰C untuk menjadi air 100⁰C dengan persamaan .

      Rencana solusi yang masuk akal

-     Menentukan kalor yang diterima air 100⁰C untuk mendidih seluruhnya menjadi uap air 100⁰C dengan persamaan .

Menentukan jumlah total kalor yang diperlukan untuk. mengubah 1 kg es -15⁰C menjadi uap air seluruhnya dengan persamaan

Perkembangan logika

a.      Suhu es pada 0⁰C akan konstan beberapa saat meskipun terus dipanaskan, terjadi karena seluruh panas yang diberikan dipakai untuk melakukan perubahan wujud yakni dari es bersuhu 0⁰C menjadi air pada suhu 0⁰C. Begitu juga ketika air mendidih pada suhu 100⁰C terus dipanaskan, maka suhunya adalah tetap 100⁰C sampai semua air berubah menjadi uap air. Ini juga disebabkan karena panas yang diberikan dipakai untuk merubah wujud air 100⁰C menjadi uap air 100⁰C, sehingga tidak ada panas yang bisa dipakai untuk menaikkan suhu.

b.     Menentukan besarnya Q:

-      Kalor yang diterima es -15⁰C untuk menjadi es

-      Kalor yang diterima es 0⁰C untuk melebur seluruhnya menjadi air 0⁰C

-      Kalor yang diterima air  0⁰C untuk menjadi air 100⁰C

-      Kalor yang diterima air 100⁰C untuk mendidih seluruhnya menjadi uap air 100⁰C

Jadi total kalor yang diperlukan untuk mengubah 1 kg es -15⁰C menjadi uap air seluruhnya adalah:                        

c. Penguapan dalam teknologi

1) Aplikasi pada Lemari Es

Untuk menguap, zat cair memerlukan kalor. Jika tidak diberi kalor melalui pemanasan, maka zat cair mengambil kalor dari bahan sekitarnya sehinga bahan mengalami pendinginan (atau suhunya turun). Proses pendinginan yang disebabkan oleh penguapan, seperti yang dirasakan oleh jari yang dicelupkan dalam alkohol, dimanfaatkan dalam lemari es (Gambar 1.4.5).

Gambar 1.4.5. Siklus pendinginan sebuah lemari es

Freon digunakan sebagai zat cair yang menguap di dalam lemari es. Freon dipompa mengitari suatu rangkaian pipa dan pada sebagian pipa-pipa tersebut freon berwujud cair dan pada sebagian pipa-pipa lainnya freon berwujud gas. Begitu freon melalui pipa di luar ruang lemari es (refrigerator), freon dimampatkan dan diubah dari gas freon menjadi freon cair. Dalam peristiwa pengembunan ini gas freon melepaskan kalor ke pipa dan udara sekitarnya. Freon cair kemudian disalurkan melalui sebuah katup ke dalam rangkaian pipa di sekitar ruang beku. Freon cair menguap dan mengambil kalor yang diperlukan untuk menguap dari bahan di sekitar ruang beku. Freon cair menguap dan mengambil kalor yang diperlukannya untuk menguap dari bahan di sekitar ruang beku. Akibatnya, ruang lemari es mengalami pendinginan (suhunya turun), dan bahan-bahan makanan dan minuman yang disimpan di dalamnya mengalami pendinginan.