Fisika Sekolah Dasar dan Menengah Pertama · Grades 1–9

21Melebur dan Mendidih: Perubahan Wujud

Sudah bertahun-tahun kamu tahu bahwa kehangatan mencairkan es dan mendidihkan air. Tetapi sekarang kamu punya termometer — dan termometer punya laporan yang mencengangkan dari dalam ember es yang sedang mencair: selagi esnya mencair, suhunya menolak bergerak. Mari kita amati perubahan wujud yang lama dengan mata yang baru.

21.1 Nama yang sebenarnya

Perubahan wujud air kini mendapat nama dewasanya, yang berlaku bagi setiap zat, bukan hanya air. Dari padat ke cair: peleburan. Dari cair kembali ke padat: pembekuan (disebut juga pemadatan). Dari cair ke gas: pendidihan kalau terjadi cepat dengan gelembung besar, dan penguapan kalau terjadi diam-diam dari permukaannya. Dari gas kembali ke cair: pengembunan. Setiap zat di dunia — air, cokelat, besi, emas — dapat memainkan permainan ini, masing-masing pada suhunya sendiri.

Definisi 21.1 (Titik lebur)

Suhu ketika sebuah zat melebur — sekaligus suhu ketika zat cairnya membeku kembali — disebut titik lebur zat itu. Untuk air, suhunya $0\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ . Setiap zat punya titik leburnya sendiri: cokelat melebur di dekat $34\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ (suhu mulut — bukan kebetulan, tanyalah pembuat cokelat mana pun), lilin di dekat $60\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ , besi baru pada $1538\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ .

Definisi 21.2 (Titik didih)

Suhu ketika sebuah zat mendidih disebut titik didih zat itu. Untuk air, suhunya $100\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ . Sekali lagi setiap zat punya titik didihnya sendiri — itulah sebabnya juru masak yang cermat dapat menguapkan air sampai habis sementara minyak di panci yang sama tetap tenang sebagai zat cair.

Contoh 21.3 (Membaca dunia dengan dua bilangan)

Mengapa sebatang cokelat berwujud padat di rak ( $20\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ ) tetapi mencair di sakumu waktu mendaki musim panas ( $35\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ )? Karena titik leburnya, di dekat $34\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ , terletak di antara kedua suhu itu. Sebuah zat berwujud padat di bawah titik leburnya, cair di atasnya — sampai ke titik didihnya, tempat ia pergi sebagai gas. Dua bilangan menceritakan seluruh kisah sebuah zat pada suhu berapa pun.

21.2 Termometer yang keras kepala

Metode 21.4 (Mengamati es mencair dengan benar)

Isilah sebuah baskom dengan es serut atau salju lalu tancapkan termometer di dalamnya; tunggu lalu bacalah: $0\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ ;
bawalah baskomnya ke dapur yang hangat dan bacalah termometernya setiap beberapa menit selagi esnya mencair;
teruskan membaca sampai lama sesudah serpihan es yang terakhir lenyap.

Laporannya: sepanjang peleburan itu — air dan es bersama-sama di dalam baskom — termometer bertahan keras kepala pada $0\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ . Baru ketika potongan es yang terakhir mencair, suhunya mulai memanjat.

Proposisi 21.5 (Hukum dataran)

Selagi sebuah zat berubah wujud — melebur atau mendidih — suhunya berdiri diam pada tonggaknya, sekeras apa pun kompornya bekerja. Seluruh kehangatan yang masuk dipakai untuk perubahan wujud itu sendiri, tidak ada yang dipakai untuk memanjat. Padat dan cair hidup bersama pada titik lebur; cair dan gas pada titik didih.

Sepanci es di atas kompor yang mantap, diceritakan oleh termometer: suhunya memanjat, berhenti di 0\, C selagi esnya melebur, memanjat lagi, lalu berhenti di 100\, C selagi airnya mendidih habis. (Panjatan merah yang terakhir milik uapnya.) — Sepanci es di atas kompor yang mantap, diceritakan oleh termometer: suhunya memanjat, berhenti di $0\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ selagi esnya melebur, memanjat lagi, lalu berhenti di $100\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ selagi airnya mendidih habis. (Panjatan merah yang terakhir milik uapnya.)

Didih yang deras: gelembung uap air terbentuk di dalam zat cairnya lalu pecah di permukaan — dan selama itu termometernya berdiri diam pada titik didih.

Contoh 21.6 (Dataran di dapur)

Itulah sebabnya air yang mendidih pelan dan air yang mendidih hebat memasak pasta sama cepatnya: kedua panci berdiri tepat pada $100\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ — yang hebat hanya memboroskan kehangatan tambahannya untuk membuat uap lebih cepat. Dan itulah sebabnya minuman berbongkah es tetap pada $0\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ sampai serpihan yang terakhir: es yang mencair memakukan suhunya pada tonggak itu.

Catatan 21.7 (Bilangan yang tidak terlihat mata)

Tanpa termometer, tidak seorang pun akan menduga adanya dataran itu: pancinya tampak makin sibuk, ember esnya tampak makin tenang, dan suhu pada keduanya berdiri diam seperti batu. Ini satu lagi kemenangan pengukuran atas penampilan — dan salah satu kejutan besar pertama yang pernah diberikan alat kepada ilmu pengetahuan.

21.3 Setiap zat menyimpan tonggaknya

Proposisi 21.8 (Tonggak adalah tanda pengenal)

Titik lebur dan titik didih sebuah zat murni tidak pernah berubah: air melebur pada $0\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ hari ini, besok, di istana maupun di tenda. Tonggak itu bagian dari jati diri zatnya — terjaga begitu baik sehingga seorang ilmuwan dapat mengenali zat yang tidak diketahui dengan mengukur di mana zat itu melebur dan mendidih.

Contoh 21.9 (Lilin dan tempat peleburan logam)

Sebatang lilin di dekat perapian melorot dan menetes: lilinnya melewati titik leburnya di dekat $60\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ . Di tempat peleburan logam, pekerja menuangkan besi cair yang berpijar jingga seperti sup — tungku mereka melewati $1538\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ . Permainan yang sama, tonggak yang jauh berbeda: apa yang dilakukan perapian terhadap lilin, hanya tungku yang dapat melakukannya terhadap besi. Dan emas melebur pada $1064\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ : para pandai emas sudah mengenal bilangan itu, di tangan mereka kalau bukan dalam derajat, selama ribuan tahun.

Tonggak beberapa zat sehari-hari, dalam derajat Celsius (garis ini dimampatkan — tanda besi sebenarnya berdiri lima belas kali lebih jauh daripada tanda air). Setiap zat membawa bilangannya sendiri, selalu.

21.4 Latihan

Latihan 21.1 ★

Sebutkan nama yang sebenarnya: padat ke cair; cair ke padat; cair ke gas dengan gelembung besar; gas ke cair pada jendela yang dingin.

Solusi

Solusi Latihan 21.1.

Peleburan; pembekuan (pemadatan); pendidihan; pengembunan.

Latihan 21.2 ★

Apa kedua tonggak air, beserta suhunya? Dan kira-kira berapa titik lebur cokelat?

Solusi

Solusi Latihan 21.2.

Titik lebur $0\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ , titik didih $100\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ . Cokelat melebur di dekat $34\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ — suhu mulut.

Latihan 21.3 ★

Sebuah baskom berisi es dan air bersama-sama, teraduk rata. Berapa yang terbaca pada termometernya? Berapa yang akan terbaca lima menit kemudian, kalau masih ada es yang tersisa?

Solusi

Solusi Latihan 21.3.

$0\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ — dan tetap $0\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ lima menit kemudian: selama es dan air hidup bersama, suhunya terpaku pada titik lebur.

Latihan 21.4 ★

Nyatakan hukum dataran. Ke mana perginya kehangatan kompor selagi airnya mendidih, karena suhunya tidak lagi memanjat?

Solusi

Solusi Latihan 21.4.

Selagi sebuah zat melebur atau mendidih, suhunya berdiri diam pada tonggaknya. Kehangatannya habis dipakai untuk perubahan wujud itu sendiri — mengubah zat cair menjadi uap — bukan untuk memanjat.

Latihan 21.5 ★

Lilin melebur di dekat $60\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ . Sebatang lilin berwujud padat atau cair: di ruang keluarga $20\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ ? di sebelah nyala api yang menghangatkannya sampai $80\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ ? di loteng musim panas $35\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ ?

Solusi

Solusi Latihan 21.5.

Padat pada $20\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ (di bawah $60$ ); cair pada $80\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ (di atas $60$ ); masih padat pada $35\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ — walaupun sebatang cokelat di saku sudah akan mencair di sana.

Latihan 21.6 ★

Pasta dimasak dalam air yang mendidih pelan. Ayah membesarkan apinya sampai maksimum dan pancinya mendidih hebat. Apakah airnya sekarang lebih panas? Kehangatan tambahannya menghasilkan apa sebagai gantinya?

Solusi

Solusi Latihan 21.6.

Tidak lebih panas: kedua panci berdiri pada $100\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ , dataran didihnya. Kehangatan tambahannya hanya membuat uap lebih cepat — api yang terbuang, pasta yang sama.

Latihan 21.7 ★

Pada grafik dataran dalam bab ini, bagaimana kamu dapat menemukan kedua perubahan wujud tanpa membaca satu kata pun?

Solusi

Solusi Latihan 21.7.

Lewat kedua bentangan yang mendatar — dataran itu. Di mana pun kurvanya berjalan mendatar sementara kompornya terus memanaskan, di situ sedang berlangsung perubahan wujud.

Latihan 21.8 ★

Besi melebur pada $1538\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ dan emas pada $1064\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ . Sebuah tungku bekerja pada $1200\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ : logam mana dari keduanya yang mengalir seperti sup di dalamnya, dan mana yang tetap padat? Berapa derajat tungku itu meleset dari logam yang satunya?

Solusi

Solusi Latihan 21.8.

Emas ( $1064 < 1200$ ) mengalir; besi ( $1538 > 1200$ ) tetap padat. Tungkunya meleset dari tonggak besi sebanyak $1538 - 1200 = 338$ derajat.

Latihan 21.9 ★

Mengapa minuman berbongkah es tetap sedingin itu sampai serpihan es yang terakhir — dan baru sesudah itu mulai menghangat?

Solusi

Solusi Latihan 21.9.

Es yang mencair memakukan minumannya pada $0\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ : seluruh kehangatan yang masuk habis dipakai mencairkan es, tidak ada yang dipakai menghangatkan minumannya. Baru ketika serpihan terakhirnya lenyap, suhunya dapat mulai memanjat.

Latihan 21.10 ★★

Seorang ilmuwan menerima zat padat putih yang tidak diketahui. Ia mendapati zat itu melebur tepat pada $0\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ dan zat cairnya mendidih tepat pada $100\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ . Apa tebakan terbaiknya tentang zat itu — dan hukum mana yang membuat tonggak dapat menjadi kartu pengenal?

Solusi

Solusi Latihan 21.10.

Tebakan terbaiknya: zat itu es — air yang membeku. Hukumnya adalah bahwa tonggak merupakan tanda pengenal: titik lebur dan titik didih sebuah zat murni tidak pernah berubah, jadi mencocoki kedua bilangan air dengan tepat sama saja dengan sebuah tanda tangan.

Latihan 21.11 ★★

Para pendaki gunung melaporkan bahwa tinggi di puncak yang besar, air mendidih padahal baru saja terlalu panas untuk disentuh — dan teh mereka tidak pernah terseduh dengan baik. Kepastian sehari-hari apa tentang air mendidih yang runtuh di ketinggian sana? (Alasannya bersembunyi di dalam udara itu sendiri, dan bab kemudian tentang tekanan udara akan menangkapnya.)

Solusi

Solusi Latihan 21.11.

Kepastian bahwa air selalu mendidih pada $100\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ . Tinggi di puncak gunung, air mendidih jauh di bawah itu — panas tetapi belum $100\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ — sehingga air yang “mendidih” itu terlalu sejuk untuk menyeduh teh dengan baik. Biang keladinya adalah udara yang lebih tipis dan menekan airnya lebih ringan, seperti akan ditunjukkan bab tekanan udara.

Istilah yang didefinisikan dalam bab ini

Lihat semua 393 istilah di glosarium