Ilmu Pendinginan: Pendinginan Evaporatif dengan Cairan


Nah, itu keren! Pelajari cara mendinginkannya dengan penguapan. Konsep kunci Fisika Penguapan Perpindahan panas Suhu pengantar Pernahkah Anda bertanya-tanya mengapa kita berkeringat ketika lingkungan kita panas atau ketika kita berolahraga? Berkeringat adalah strategi penyelamatan jiwa yang mendinginkan tubuh dan menjaga suhunya

Nah, itu keren! Pelajari cara mendinginkannya dengan penguapan.

Konsep kunci
Fisika
Penguapan
Perpindahan panas
Suhu

pengantar
Pernahkah Anda bertanya-tanya mengapa kita berkeringat ketika lingkungan kita panas atau ketika kita berolahraga? Berkeringat adalah strategi penyelamatan jiwa yang mendinginkan tubuh dan menjaga suhunya. Tanpa berkeringat, tubuh tidak dapat mengatur suhunya, yang dapat menyebabkan kepanasan atau bahkan gaya panas. Tetapi mengapa berkeringat memiliki efek pendinginan? Jawabannya adalah pendinginan evaporatif. Mengubah cairan seperti keringat dari keadaan cairnya menjadi gas membutuhkan energi. Energi ini diambil dari tubuh kita, atau keringat, dalam bentuk panas. Transfer panas yang dihasilkan mengarah ke efek pendinginan yang diinginkan. Dalam aktivitas ini Anda dapat mengamati kekuatan pendinginan ini dalam aksi — siap untuk menjadi dingin?

Latar Belakang
Proses mengubah cairan menjadi bentuk gasnya disebut penguapan. Setiap cairan dapat diubah menjadi gas jika energi yang cukup ditambahkan ke cairan dalam bentuk panas. Energi yang dibutuhkan untuk transformasi dikenal sebagai panas penguapan. Berapa banyak energi yang Anda butuhkan tergantung pada faktor-faktor seperti jenis cairan atau suhu di sekitarnya. Jika di luar sudah sangat panas, Anda akan membutuhkan lebih sedikit energi untuk menguapkan cairan; jika sangat dingin, Anda akan membutuhkan lebih banyak.

Untuk berubah menjadi gas, molekul-molekul yang disatukan di dalam cairan harus terlepas untuk masuk ke udara. Ini berarti ikatan hidrogen yang menyatukan molekul-molekul perlu dipecah. Dengan demikian, molekul yang mampu membentuk banyak ikatan hidrogen di antara mereka jauh lebih sulit untuk berubah menjadi gas dan memiliki panas penguapan yang lebih tinggi. Ini juga mempengaruhi suhu didih cairan. Molekul yang menarik satu sama lain dengan sangat kuat mulai mendidih pada suhu yang lebih tinggi dibandingkan dengan yang memiliki daya tarik lemah. Titik didih yang lebih rendah umumnya berarti cairan akan menguap lebih cepat. Air, misalnya, dengan satu oksigen dan dua atom hidrogen, dapat membentuk dua ikatan hidrogen per molekul. Panasnya penguapan adalah 2.260 joule per gram, atau 541 kalori per gram, dan mulai mendidih pada 100 derajat Celcius (212 derajat Fahrenheit).

Tubuh Anda memanfaatkan proses penguapan saat berkeringat. Keringat, yang terdiri dari 90 persen air, mulai menguap. Panas yang diperlukan dari penguapan diekstraksi dari keringat itu sendiri, yang mengarah pada perpindahan panas dari cairan ke dalam bentuk gas. Ini menghasilkan efek pendinginan (disebut evaporative cooling) yang membantu menjaga suhu tubuh dan mendinginkan tubuh saat terlalu panas. Tingkat pendinginan tergantung pada tingkat penguapan dan panas penguapan. Dalam aktivitas ini Anda akan menemukan cairan mana yang memiliki kekuatan pendinginan yang lebih besar: menggosok alkohol atau air. Menurut Anda apa yang akan lebih dingin ketika menguap?

Materi

  • Spiritus
  • air
  • Dua cangkir atau mangkuk kecil
  • Sendok makan
  • Pipet atau pipet medis

Persiapan

  • Isi satu cangkir atau mangkuk kecil dengan satu sendok makan air.
  • Isi cangkir atau mangkuk kecil kedua dengan satu sendok makan alkohol gosok.

Prosedur

  • Sedot air dari mangkuk pertama (air) menggunakan pipet atau pipet medis.
  • Jatuhkan satu atau dua tetes dengan hati-hati di punggung tangan kami dan sebarkan cairan dengan jari-jari Anda. Ketika air menyentuh kulit Anda, bagaimana rasanya?
  • Tiup dengan lembut di atas area kulit yang baru saja Anda tutupi dengan air. Apakah kulit Anda terasa berbeda ketika bertiup di atas air? Bisakah Anda merasakan perbedaan suhu saat bertiup? Bagaimana rasanya?
  • Bilas pipet Anda dengan alkohol gosok dan kemudian hisap alkohol dengan pipet Anda.
  • Jatuhkan jumlah cairan yang sama di belakang tangan Anda yang lain dan sebarkan cairan dengan jari-jari Anda. Apakah alkohol terasa berbeda ketika menyentuh kulit Anda? Bagaimana?
  • Sekali lagi, tiup area yang Anda taruh di mana Anda meletakkan alkohol . Sensasi apa yang kamu rasakan? Apakah tangan Anda terasa lebih hangat atau dingin dibandingkan dengan air saat meniup cairan? Bisakah Anda memikirkan alasannya?
  • Ekstra : Cari tahu seberapa cepat alkohol dan air menguap. Masukkan jumlah air yang sama (kecil) dan alkohol ke dalam dua cangkir berbeda dan tempatkan keduanya di bawah sinar matahari. Amati berapa lama cairan itu benar-benar menguap. (Tergantung pada seberapa hangatnya, ini mungkin memakan waktu.) Cairan mana yang lebih cepat menguap? Anda bahkan dapat menentukan laju penguapan dengan menimbang gelas di awal dan selama percobaan untuk mengetahui berapa banyak air yang hilang karena penguapan.

Pengamatan dan hasil
Apakah Anda merasakan kekuatan pendinginan air dan alkohol? Kedua cairan harus terasa dingin di kulit Anda. Meniup tangan Anda yang basah membantu air dan alkohol menguap. Aliran udara juga akan mendukung perpindahan panas dari kulit Anda. Anda seharusnya memperhatikan bahwa kulit Anda terasa lebih dingin ketika Anda meletakkan alkohol di tangan Anda dibandingkan dengan air. Air dan alkohol akan mulai menguap begitu Anda mulai meniup di tangan Anda. Dibandingkan dengan air, alkohol memiliki panas penguapan yang lebih rendah. Itu berarti bahwa untuk jumlah cairan yang sama, lebih banyak perpindahan panas terjadi selama penguapan air dibandingkan dengan alkohol.

Ini tidak sesuai dengan pengamatan Anda bahwa alkohol memiliki efek pendinginan yang lebih besar daripada air. Alasan untuk itu adalah bahwa jumlah perpindahan panas juga tergantung pada tingkat penguapan. Karena alkohol menguap dengan kecepatan yang jauh lebih cepat dibandingkan dengan air karena suhu didih yang lebih rendah (82 dibandingkan dengan 100 derajat C), alkohol mampu membawa lebih banyak panas dari kulit. Ini berarti untuk waktu tertentu alkohol lebih banyak menguap daripada air. Anda mungkin memperhatikan hal ini juga ketika Anda melakukan aktivitas ekstra dengan meletakkan jumlah alkohol dan air yang sama di luar di bawah sinar matahari dan memantau tingkat penguapannya. Faktor lain yang mempengaruhi laju penguapan adalah luas permukaan, suhu dan aliran udara.

Membersihkan
Bilas alkohol gosok yang tidak digunakan ke wastafel dengan banyak air dingin. Cuci tangan Anda dengan sabun, dan bersihkan area kerja Anda.

Lebih banyak untuk dijelajahi
Tetaplah Sejuk — Bagaimana Penguapan Mempengaruhi Pemanasan dan Pendinginan, dari Sobat Sains
Panas Spesifik, Panas Penguapan dan Kepadatan Air, dari Khan Academy
Pendinginan Tubuh Keringat, dari HyperPhysics
Panas Penguapan Air dan Etanol, dari Khan Academy
Kegiatan Sains untuk Semua Usia !, dari Science Buddies

Aktivitas ini membawa Anda dalam kemitraan dengan Science Buddies