Apa yang Terjadi Ketika Es Ditambahkan ke Air Panas dan Bagaimana Energi Akan Berubah?

Saat Anda menambahkan es ke air panas, sebagian panas air akan melelehkan es. Panas yang tersisa menghangatkan air sedingin es tetapi mendinginkan air panas dalam prosesnya. Anda dapat menghitung suhu akhir campuran jika Anda tahu berapa banyak air panas yang Anda mulai, bersama dengan suhunya dan berapa banyak es yang Anda tambahkan. Dua sifat fisik -- panas spesifik dan panas peleburan -- menentukan dengan tepat bagaimana es mencair dan air mendingin.

Kalor jenis suatu zat mengukur berapa banyak energi yang diperlukan untuk menaikkan suhunya. Misalnya, ketika Anda menambahkan 1 kalori panas ke 1 gram air, air akan menghangat sebesar 1 derajat Celcius (1,8 derajat Fahrenheit). Kebalikannya benar ketika air mendingin; satu gram air yang turun 1 derajat Celcius kehilangan 1 kalori energi panas. Zat lain memiliki kalor jenis yang berbeda. Misalnya, hanya dibutuhkan 0,03 kalori untuk memanaskan satu gram timbal sebesar 1 derajat Celcius.

Sebuah wadah berisi air kehilangan 1 kalori untuk setiap derajat Celcius yang didinginkan. Namun, ketika mencapai nol derajat Celcius (32 derajat Fahrenheit), situasinya berubah -- air berubah menjadi es. Proses ini melibatkan lebih banyak energi panas -- 79,7 kalori per gram -- dan suhu campuran air-es tidak berubah sampai semuanya membeku padat. Ketika suatu zat melewati fase ini, energinya disebut panas peleburan. Molekul air kehilangan energi ekstra saat mereka menggumpal menjadi padatan. Setelah es terbentuk, ia mengubah suhu sesuai dengan panas spesifiknya sendiri - 0,49 kalori per derajat Celcius.

Untuk menentukan dengan tepat bagaimana energi berubah ketika Anda menambahkan es ke air panas, Anda memerlukan massa es dan air serta suhu air. Misalnya, karena nilai panas spesifiknya, satu liter air panas pada 75 derajat Celcius (167 derajat Fahrenheit) memiliki 75.000 kalori energi lebih dari jumlah yang sama air pada 0 derajat Celcius (32 derajat Fahrenheit). Menambahkan 100 gram es ke dalam air membutuhkan 7.970 kalori untuk mencairkannya; energi yang tersedia menjadi 67.030 kalori. Setelah menjadi air, 100 gram membutuhkan 1 kalori per derajat dari panas yang tersisa di air panas, tetapi panasnya tidak "hilang" -- ia hanya dipindahkan ke air dingin.

Saat air panas kehilangan 7.970 kalori untuk mencairkan es, air mendingin dari 75 menjadi 67 derajat Celcius (153 derajat Fahrenheit). Air panas kehilangan panas, sedangkan air dingin dari es yang mencair mendapatkan panas. Dalam contoh ini, hanya 100 gram es yang ditambahkan ke 1.000 gram air. Oleh karena itu, air panas kehilangan sedikit suhu, sedangkan air dingin menghangat dengan jumlah derajat yang lebih besar. Membagi 67.030 kalori yang tersedia dengan 1.100 gram total air menghasilkan suhu akhir sekitar 61 derajat Celcius (142 derajat Fahrenheit). Air panas kehilangan total 14 derajat Celcius (57 derajat Fahrenheit), dan air dingin bertambah 61 derajat Celcius. Perhatikan bahwa hasilnya tergantung pada seberapa banyak es dan air panas yang Anda miliki di awal. Jika Anda menambahkan satu ton es ke 1.000 gram air, air panas tidak akan memiliki cukup panas untuk melelehkan semua es.