Fisika untuk Hiburan 82 (Panas): Mendidihkan Air dengan Air Mendidih/Dingin

Mendidihkan Air di dalam Air Mendidih
Ambil sebuah botol kecil atau toples, isi dengan air dan masukkan ke dalam panci berisi air yang diletakkan di atas api, tetapi tidak menyentuh bagian bawah panci.

Untuk melakukan hal ini, Anda bisa menahan botol kecil atau toples itu dengan lilitan kawat. Orang akan berpikir bahwa ketika air dalam panci mendidih, air di dalam toples juga harus mendidih.

Namun, tidak peduli berapa lama Anda menunggu, pendidihan tidak akan terjadi. Air dalam toples akan menjadi sangat panas, tetapi tidak akan mendidih.

Jadi, air mendidih itu tidak cukup panas untuk mendidihkan air. Ini cukup mengejutkan, bukan?

Namun, memang itulah yang terjadi. Untuk merebus air hingga mendidih, tidak cukup dengan hanya memanaskan air hingga 100 C, dibutuhkan lebih banyak panas untuk mengubah air menjadi uap.

Air murni mendidih pada 100C. Dalam kondisi itu temperatur air tidak pernah naik di atas 100C, seberapa lama pun kita memanaskannya.

Artinya, sumber panas (air mendidih dalam panci) yang kita gunakan untuk memanaskan air dalam toples memiliki temperatur 100C dan tidak lebih, dan dengan demikian bisa  memanaskan air di dalam toples juga sampai 100C dan tidak lebih.

Segera setelah temperatur air dalam panci dan toples seimbang, air di dalam panci tidak bisa lagi menyalurkan panas kepada air di dalam toples.

Ringkasnya: dengan memanaskan air dalam toples dengan cara ini kita tidak akan bisa memberikan panas tambahan yang diperlukan untuk mengubah air menjadi uap. (Setiap gram air yang dipanaskan hingga 100C membutuhkan tambahan 500 kalori untuk berubah menjadi uap). Itulah sebabnya mengapa air dalam toples tidak mendidih, meskipun panas.

Anda mungkin ingin tahu apa perbedaan antara air dalam toples dan air dalam panci. Lagi pula, air dalam kedua wadah itu sama, satu-satunya perbedaan adalah air dalam toples dipisahkan dari air dalam panci oleh dinding kaca.

Lalu mengapa air dalam toples tidak menerima pengaruh panas yang sama dengan air dalam panci? Justru karena dinding kaca ini mencegah air di dalam toples untuk ikut serta dalam arus yang mencampurkan semua air di dalam panci.

Setiap partikel air dalam panci akan bersentuhan langsung dengan dasar panci, sedangkan  air di dalam toples hanya akan bersentuhan dengan air mendidih di dalam panci.

Jadi, tidak mungkin mendidihkan air dalam air murni yang mendidih, tetapi jika Anda menambahkan garam ke dalam air panci, keadaannya akan berubah.

Air asin tidak mendidih pada 100 C tetapi pada temperatur yang sedikit lebih tinggi, akibatnya, bisa membuat air murni di dalam toples mendidih.

Mendidihkan Air di dalam Salju
Bisakah kita mendidihkan air dalam salju?* Anda mungkin akan mengatakan, mana bisa air mendidih dalam salju, namun, jangan langsung mengambil kesimpulan. Lakukan lebih dulu eksperimen berikut.

*Dengan menambahkan salju.

Air mendidih dalam sebuah toples setelah dituangi air dingin. Sumber: buku Physics for Entertainment, Book 2, hlm. 149.

Ambil sebuah toples kaca, isi setengahnya dengan air dan celupkan ke dalam air asin yang mendidih. Segera setelah air di dalam toples mendidih, angkat dan cepat tutup rapat. Sekarang balikkan dan tunggu sampai pendidihan berhenti.

Kemudian tuangkan sedikit air mendidih di atasnya. Air di dalamnya tidak akan mendidih, tetapi Anda hanya perlu menaruh sedikit salju ke bagian bawah toples atau bahkan menuangkan sedikit air dingin di atasnya seperti yang ditunjukkan pada gambar di atas.

Ini menjadi semakin misterius karena ketika Anda menyentuh toples dengan jari, Anda tidak akan merasa sangat panas, padahal Anda masih melihat air dalam toples mendidih.

Jawabannya terletak pada kenyataan bahwa salju mendinginkan dinding toples. Uap di dalam toples mengembun menjadi tetesan air, tetapi karena udara di dalam toples didorong keluar saat air mendidih, sekarang tekanan air di dalam toples mengalami penurunan.

Anda sudah tahu bahwa pada tekanan yang lebih rendah cairan mendidih pada temperatur yang lebih rendah. Akibatnya, air mendidih di dalam toples tetapi tidak panas. Lihat juga artikel saya: Fisika untuk Hiburan 6 (Panas): Apakah Air Mendidih Selalu Panas?

Jika dinding toples sangat tipis, kondensasi tiba-tiba dari uap di dalamnya bisa menimbulkan sesuatu seperti ledakan kecil.

Apa yang terjadi pada kaleng ketika tiba-tiba didinginkan. Sumber: buku Physics for Entertainment, Book 2, hlm. 149.

Oleh karena itu lebih aman jika kita mengganti toples kaca dengan sebuah kaleng. Setelah air di dalam kaleng mendidih, tutup bagian atasnya dan tuangkan air dingin ke kaleng.

Kaleng yang berisi uap akan dihancurkan oleh tekanan udara luar karena uap ini telah mengembun menjadi air pada proses pendinginan. Kaleng itu tampak seperti sudah dipukul dengan palu yang berat (lihat gambar di atas).

Kepustakaan:
1. Perelman, Y., Physics for Entertainment, Book 2, Shkarovsky, A. (Transl.), Foreign Language Publishing House, Moscow, 1936.
2. Diary Johan Japardi.
3. Berbagai sumber daring.

Jonggol, 15 Agustus 2021

Johan Japardi