Kurva pemanasan

Mengubah 135 g es bersuhu −15 °C menjadi uap bersuhu 120 °C memerlukan 416 kJ, dan 305 kJ di antaranya habis untuk mendidihkan saja.

Letakkan sebongkah es di atas kompor yang memberi kalor dengan laju tetap, lalu catat suhunya. Grafik suhu terhadap kalor yang ditambahkan disebut kurva pemanasan. Bentuknya seperti tangga. Bagian yang miring adalah saat satu wujud menjadi lebih hangat. Bagian yang datar adalah saat wujud berubah. Di bagian datar itu kompor terus menambah kalor, tetapi termometer tidak bergerak.

Dua rumus

Di bagian yang miring, kalor menaikkan suhu, dan besarnya mengikuti q = m c ΔT: massa kali kalor jenis kali perubahan suhu. Kalor jenis adalah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 g zat sebesar 1 °C. Untuk es nilainya 2.09 J/g °C, untuk air 4.18 J/g °C, dan untuk uap 1.86 J/g °C. Air memerlukan kalor per derajat sekitar dua kali lebih banyak daripada es atau uap.

Di bagian yang datar, kalor mengubah wujud, dan besarnya mengikuti q = n ΔH: jumlah mol kali entalpi perubahan itu. Untuk mendapatkan jumlah mol, bagi massa dengan massa molar, 18.02 g/mol untuk air. Peleburan memakai ΔH peleburan, 6.01 kJ/mol. Pendidihan memakai ΔH penguapan pada titik didih, 40.67 kJ/mol.

Mengerjakan contohnya

Tabel ini mengikuti OpenStax. Kalor tiap langkah dalam joule diubah ke kilojoule sebelum dijumlahkan. OpenStax membulatkan setiap langkah dan melaporkan 416 kJ; jika nilai yang belum dibulatkan dijumlahkan, hasilnya 415.4 kJ, seperti yang ditunjukkan model di atas. Perhatikan betapa timpangnya angka-angka ini. Pendidihan memakan hampir tiga perempat dari total, lebih dari lima kali 56.4 kJ yang diperlukan untuk memanaskan air dari 0 °C sampai 100 °C. Pada kurva, inilah bagian datar panjang pada 100 °C.

Membaca kemiringan

Bagian-bagian yang miring tidak sama curamnya. Pada bagian miring suhu naik sebesar q ÷ (m c), jadi makin kecil kalor jenisnya, makin curam garisnya. Es (2.09 J/g °C) dan uap (1.86 J/g °C) menghangat sekitar dua kali lebih cepat per kilojoule daripada air (4.18 J/g °C). Pada model di atas, bagian es dan uap pendek dan curam, sedangkan bagian air panjang dan landai. Jika massa diubah, setiap langkah membesar atau mengecil sebanding, sehingga bentuk kurva tetap sama dan hanya sumbu kalor yang memanjang.

Cara yang sama menjawab pertanyaan sebaliknya. OpenStax menanyakan berapa kalor yang dilepas 94.0 g air bersuhu 80.0 °C saat air itu mendingin, membeku, lalu mendingin menjadi es bersuhu −30.0 °C. Pendinginan air melepas 94.0 × 4.18 × 80.0 = 31.4 kJ, pembekuan melepas 94.0 ÷ 18.02 × 6.01 = 31.4 kJ, dan pendinginan es melepas 94.0 × 2.09 × 30.0 = 5.9 kJ, sehingga totalnya 68.7 kJ.

Pelajaran untuk juru masak

Begitu sepanci air mendidih, membesarkan api tidak membuat air lebih panas. Suhunya tetap di titik didih; kalor tambahan hanya membuat air lebih cepat habis menguap. Mengecilkan api sampai air mendidih pelan tetap memasak makanan pada suhu yang sama dan menghemat bahan bakar. Kurva pendinginan adalah tangga yang sama tetapi dijalani terbalik: uap mendingin, mengembun pada 100 °C sambil melepas kalor, air mendingin, membeku pada 0 °C, lalu es mendingin.