1 Comment

Mari Mengenal Kelakuan si “Titik Didih Air”


Introduction

Semua cairan (pada temperatur berapapun) memiliki properti vapour pressure atau tekanan uap. Tekanan uap dapat diandaikan sebagai ukuran atau derajat seberapa mampu molekul cairan untuk berubah menjadi fase uap. Tekanan uap meningkat seiring meningkatnya temperatur karena pada temperatur yang lebih tinggi molekul cairan memilki energi kinetik yang lebih besar. Akibatnya, molekul – molekul tersebut bergerak semakin cepat dan dapat semakin mudah melawan gaya intermolekular yang mengikat molekul – molekul tersebut bersama. Fenomena perubahan fase dari cair ke uap (atau yang lazim kita sebut mendidih) terjadi ketika tekanan uap mencapai atau melebihi tekanan ambient (lingkungan sekitar).

Pada tekanan udara standar (1 atm), air akan mendidih pada temperatur sekitar 100 derajat celcius. Dengan kata lain, tekanan uap air pada temperatur tersebut adalah 1 atm. Pada tekanan yang lebih tinggi (sebagai contoh adalah tekanan yang dihasilkan panci/wajan presto), temperatur yang terjadi di dalam panci lebih tinggi (dari 100 derajat celcius) sebelum uap air mencapai tekanan uap air mencapai tekanan di dalam panci sehingga air yang ada pada panci akan mendidih pada temperatur yang lebih tinggi dari 100 derajat celcius.

Sebagai info bagi bro & sist sekalian. Terdapat 2 konvensi (kesepakatan) tentang titik didih air. Konvensi yang pertama (yang umum digunakan) adalah yang menyatakan titik didih air normal adalah 100 derajat celcius, tepatnya 99,97 derajat celcius pada tekanan 1 atm (101,325 kPa). Konvensi kedua adalah yang dianut oleh IUPAC [1]. IUPAC merekomendasikan tekanan standar adalah 1 bar (100 kPa). Akibatnya, standar titik didih air menjadi sedikit berubah menjadi 99,61 derajat celcius. Lebih rendah 0,16 derajat celcius dari konvensi yang pertama.

Properti Udara Pada Tekanan Standar 1 atm

Kembali ke Laptop !!!

Nah, pada pembahasan kita kali ini, kita tidak akan berpanjang lebar membahas variasi titik didih pada tekanan tinggi (> 1 atm). Kita akan membahas variasi titik didih air pada tekanan rendah (< 1 atm). Pembahasan ini saya rasa perlu diangkat sebagai suplemen dari 2 postingan saya sebelumnya (Redbull Stratos part 1 & Redbull Stratos Part 2) dan karena ada sebagian teman – teman yang ingin meminta penjelasan yang lebih tentang armstrong limit. Fakta yang ada, semakin tinggi altitude, maka tekanan akan semakin menurun sehingga tentunya titik didih air akan menurun. Berikut adalah data yang diberikan oleh International Standard Atmosphere (ISA) [2] yang menunjukkan tren penurunan tekanan dan temperatur terhadap meningkatnya altitude.

Tabel ISA

Dari tabel diatas, saya konversi ke grafik kartesian untuk mempermudah bro & sist untuk memahami fenomena dan tren yang terjadi. Berikut grafiknya :

Temperature Vs Altitude

Pressure Vs Altitude

Dari grafik diatas, untuk temperatur dapat kita lihat bahwa tren penurunan temperatur mendekati linier dengan gradien tertentu hingga pada altitude 11.278 meter (37.000 kaki) ke atas tidak terjadi perubahan temperatur yang signifikan. Sedangkan untuk tren penurunan tekanan adalah parabolik positif (menghadap ke atas). Nah, untuk memudahkan kita, para ilmuwan telah menurunkan persamaan empirik untuk menghitung temperatur dan tekanan yang valid hingga altitude tropopause. Tropopause adalah batas antara lapisan atmosfer troposfer [3]  dan stratosfer [4]. Altitude tropopause adalah sekitar 11.000 meter(36.089 kaki) [5]. Berikut persamaannya :

Persamaan Untuk Mendapatkan Mean Temperature Ambient

    Persamaan Untuk Mendapatkan Mean Pressure Ambient

Sebagai ilustrasi untuk mengetahui nilai titik didih air terhadap penurunan tekanan, maka saya sajikan dibawah tabel beserta grafik yang menggambarkan kedua hubungan tersebut yang saya kutip dari formulasi IAPWS [6] terbaru.

Tabel Hubungan Titik Didih dan Vapour Pressure pada Air

Plot Grafik Hubungan Titik Didih dan Vapour Pressure pada Air

Dapat kita simpulkan bahwa kenaikan titik didih terhadap kenaikan tekanan memiliki tren LOGARITMIK. Lihat pada titik didih air 0,01 derajat celcius tekanan yang terjadi hanya 0,612 kPa atau sama dengan 0,6 % tekanan standar sedangkan pada titik didih air 350 derajat celcius tekanan yang terjadi hingga 16.529 kPa atau 16.301 % tekanan standar (Subhanallah…)!!! Lagi – lagi, ilmuwan kembali membuat persamaan empirik untuk menentukan titik didih air dengan terlebih dahulu diketahui heat of vaporization [7] dan temperatur yang terjadi saat itu. Persamaan tersebut dikenal dengan istilah Clausius-Clapeyron Equation. Berikut persamaannya :

            Persamaan Clausius-Clapeyron   

         Saya rasa penjelasan diatas sudah cukup untuk mengetahui rasa penasaran dan ingin tahu bro & sist sekalian. Soalnya tangan saya juga udah lumayan capek untuk ngetik. Terakhir, saya kasih liat video yang saya trim/cut dari acara Engineering Connection (Ini salah satu acara favorit saya yang dibawakan oleh Richard Hammond yang juga presenter TopGear BBC). Selamat menyimak…..

Jangan lupa tetap nantikan postingan saya yang akan datang. Tentunya dengan berbagai bahasan menarik tentang ilmu pengetahuan dan dunia engineering…!!!

(Ahmad Fathonah)

————————-mechanicalengboy.wordpress.com————————

Sumber :

– Wikipedia.org

– International Standard Atmosphere (ISA)

 

Fote note :

[1] International Union of Pure and Applied Chemistry atau disingkat IUPAC adalah suatu organisasi non pemerintah yang didirikan pada tahun 1919 dan ditujukan untuk pengembangan kimia. Anggota-anggotanya terdiri dari masyarakat kimia nasional dari berbagai negara. Organisasi ini terutama dikenal sebagai otoritas yang diakui untuk mengembangkan standar untuk penamaan unsur dan senyawa kimia

[2] Airbus, Getting to Grips with Aircraft Performance, Airbus Industrie, Customer Services, Blagnac, 2000, p. 11-16.

[3] Troposfer adalah lapisan atmosfer yang paling dekat dengan permukaan bumi. Troposfer dimulai dari permukaan bumi hingga ketinggian sekitar 11.000 meter (nilainya bervariasi. Pada kutub bumi nilainya hanya mencapai 9.000 meter sedangkan pada daerah – daerah khatulistiwa seperti Indonesia dapat mencapai altitude 17.000 meter). Troposfer paling sering dipanaskan oleh heat transfer dari permukaan bumi sehingga pada permukaan bumi (bagian terbawah troposfer) adalah bagian terhangat dan temperatur semakin menurun secara linier seiring bertambahnya altitude hingga tropopause. 80 % massa keseluruhan atmosfer diperkirakan berada pada lapisa troposfer

[4] Stratosfer adalah lapisan atmosfer kedua setelah troposfer. Stratosfer memiliki ketebalan sekitar 51.000 meter diatas tropopause. Berkebalikan dengan troposfer, pada stratosfer temperatur semakin meningkat seiring bertambahnya jarak relatif dengan tropopause. Temperatur pada bagian terbawah stratosfer yang dekat dengan tropopause dapat mencapai temperatur -60 derajat celcius sedangkan lapisan teratas stratosfer mendekati 0 derajat celcius.

[5] Cavcar, Mustafa, ‘’The International Standard Atmosphere (ISA)”, Anadolu University, Turkey.

[6] The International Association for the Properties of Water and Steam (IAPWS) adalah asosiasi internasional non-profit yang mencurahkan perhatian di bidang property air dan uap air terutama sifat – sifat termodinamika dan aspek lainnya dari hi temp – superheated steam.

[7] Heat of vaporization adalah energi yang diperlukan untuk mengubah sejumlah zat (mol, Kg, pon, dll) dari fase liquid menjadi fase gas (uap).

One comment on “Mari Mengenal Kelakuan si “Titik Didih Air”

  1. Kalo tekanan 2 atm, titik didihnya jadi berapa?

Ayo teman - teman. Monggo dikeluarkan unek2nya !

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

%d bloggers like this: