Apa perbedaan antara energi yg di transper saat benda padat dan energi yg di transper saat benda cair membeku

20.3 Kalor Laten

Sebagaimana telah kita lihat dalam bagian sebelumnya, suatu zat dapat mengalami perubahan suhu ketika energi ditransfer antara zat tersebut dan sekitarnya. Dalam beberapa situasi, transfer energi tidak mengakibatkan perubahan suhu. Ini adalah kasus kapanpun karakteristik fisik dari perubahan substansi dari satu bentuk ke bentuk lainnya, perubahan tersebut sering disebut sebagai perubahan fase. Dua perubahan fasa umum adalah dari padat menjadi cair (mencair) dan dari cair ke gas (mendidih), yang lain adalah perubahan dalam struktur kristal yang solid. Semua perubahan fase tersebut melibatkan perubahan energi internal sistem tetapi tidak ada perubahan suhu. Kenaikan energi internal dalam mendidih, misalnya, diwakili oleh pemecahan ikatan antara molekul dalam keadaan cair, ini melanggar ikatan memungkinkan molekul untuk bergerak jauh terpisah dalam bentuk gas, dengan peningkatan yang sesuai dalam energi potensial antarmolekul. 


Seperti yang Anda duga, zat yang berbeda merespon secara berbeda terhadap penambahan atau pengurangan energi mereka ketika berubah fase karena pengaturan molekul internal mereka bervariasi. Juga, jumlah energi yang ditransfer selama fase perubahan tergantung pada jumlah zat yang terlibat. (Dibutuhkan sedikit energi untuk melelehkan es batu daripada yang dilakukannya untuk mencairkan danau beku.) Ketika membahas dua tahap material, kita akan menggunakan istilah bahan fase lebih tinggi yang berarti materi yang ada pada suhu yang lebih tinggi. Jadi, misalnya, jika kita membahas air dan es, air adalah bahan yang lebih tinggi fasenya, sedangkan uap adalah bahan yang lebih tinggi fasenya dalam membahas uap dan air. Pertimbangkan sebuah sistem yang mengandung zat dalam dua tahap dalam kesetimbangan seperti air dan es. Jumlah awal bahan fase tinggi, air, dalam sistem adalah mi. Sekarang bayangkan bahwa energi Q memasuki sistem. Akibatnya, jumlah akhir air mf karena mencairnya sebagian es. Oleh karena itu, jumlah es yang mencair, sama dengan jumlah air yang baru, adalah ∆m = mf - mi. Kita mendefinisikan kalor laten untuk perubahan fasa sebagai:


L ≡ Q/∆m                                                                            (20.6)


Parameter ini disebut kalor laten (harfiah, kalot "tersembunyi") karena ini penambahkan atau pengurangan energi yang tidak mengakibatkan perubahan suhu. Nilai L untuk bahan tergantung pada sifat dari perubahan fasa serta sifat-sifat zat. Jika seluruh jumlah bahan berfase lebih rendah mengalami perubahan fase, perubahan massa ∆m dari bahan berfase lebih tinggi adalah sama dengan massa awal bahan berfase lebih rendah. Sebagai contoh, jika es batu bermassa m di piring mencair sepenuhnya, perubahan massa air mf - 0 = m, yang merupakan massa air baru dan juga sama dengan massa awal es batu.





Dari definisi kalor laten, dan lagi memilih kalor sebagai mekanisme transfer energi kita, energi yang dibutuhkan untuk mengubah fase zat murni


Q = L ∆m                                                                 (20.7)


di mana ∆m adalah perubahan massa bahan yang fasenya lebih tinggi.


Kalor laten fusi Lf adalah istilah yang digunakan ketika perubahan fase dari padat menjadi cair (untuk memadukan cara "menggabungkan dengan peleburan"), dan kalor laten penguapan Lv adalah istilah yang digunakan ketika perubahan fasa dari cair ke gas (cairan "menguap").Kalor laten berbagai zat bervariasi seperti data yang ditunjukkan pada Tabel 20.2. Ketika energi memasuki sistem, menyebabkan pencairan atau penguapan, jumlah bahan dengan fase lebih tinggi meningkat, sehingga ∆m positif dan Q adalah positif, konsisten dengan konvensi tanda kita. Ketika energi diekstrak dari sistem, menyebabkan pembekuan atau kondensasi, jumlah materi dengan fase lebih tinggi menurun, sehingga ∆m adalah negatif dan Q adalah negatif, sekali lagi konsisten dengan konvensi tanda kita. Perlu diingat bahwa ∆m dalam Persamaan 20.7 selalu mengacu pada materi dengan fase yang lebih tinggi.


Untuk memahami peran darikalor laten dalam perubahan fase, mempertimbangkan energi yang dibutuhkan untuk mengubah sebuah kubus es 1,0 g pada suhu -30,0 0C menjadi uap pada suhu 120,0 0C. Gambar 20.3 menunjukkan hasil eksperimen yang diperoleh ketika energi secara bertahap ditambahkan ke es. Hasil disajikan sebagai grafik suhu sistem es batu dibandingkan energi yang ditambahkan ke sistem. Mari kita periksa setiap bagian dari kurva merah-coklat, yang dibagi menjadi beberapa bagian A sampai E.






Bagian A. Pada bagian kurva ini, perubahan suhu es dari -30,0 0C sampai 0,0 0C. Persamaan 20.4 menunjukkan bahwa suhu berubah secara linear dengan energi yang ditambahkan, sehingga hasil eksperimen adalah garis lurus pada grafik. Karena kalor jenis es 2090 J/kg∙0C, kita dapat menghitung jumlah energi yang ditambahkan dengan menggunakan Persamaan 20.4:


Q = mici ∆T = (1,0 x 10-3 kg) (2090 J/kg∙0C) (30,0 0C) = 62,7 J