Fasa Fluida

Oleh: Tri Ayodha Ajiwiguna

Saat ini terdapat tiga fasa zat yang umum diketahui, yaitu: padat, cair, dan gas. Setiap zat dapat berubah fasa dari satu fasa ke fasa lainnya. Perubaahan fasa biasanya terjadi karena menyerap atau melepaskan energi berupa kalor. Sebagai contoh adalah air, jika air dalam bentuk padat dinamakan es batu. Jika es batu ini dipanaskan (menerima kalor) maka berubah fasanya menjadi air. Kemudian jika terus dipanaskan maka dapat berubah fasanya menjadi gas (uap). Sebaliknya pun begitu, jika uap air didingingkan (melepaskan kalor) maka akan berubah fasanya menjadi cair dan kemudian menjadi padat.

Kalor laten dapat didefiniskan sebagai kalor yang tidak mengubah temperatur suatu benda. Contohnya adalah kalor yang diberikan kepada air bertemperatur 100 ^oC (titik didih) maka temperaturnya tidak berubah. Namun, yang terjadi adalah perubahan fasa dari cair ke gas. Sedangkan kalor sensibel adalah kalor yang menyebabkan perubahan temperatur, contohnya air pada tempertur ruang (27 ^oC) akan naik temperaturnya jika diberikan kalor (dipanaskan).

Dalam termodinamika dikenal istilah temperatur saturasi dan tekanan saturasi. Temperatur saturasi adalah titik temperatur pada tekanan tertentu dimana tidak dapat naik sampai fasanya berubah terlebih dahulu. Dengan kata lain, temperatur saturasi adalah titik didih. Pada tekanan 1 atm (101325 Pa) air memiliki temperatur saturasi 100 ^oC. Ini berarti jika air dalam fasa cair diberikan kalor (dipanaskan) pada tekanan tersebut maka temperaturnya akan berhenti di 100 ^oC sampai berubah menjadi fasa gas. Setelah itu barulah temperaturnya naik lagi. Pada temperatur saturasi terjadi perubahan fasa dari cair ke gas.Dalam kasus ini dapat dikatakan bahwa temperatur saturasi pada tekanan 1 atm adalah 100 ^oC. Sebaliknya dapat dikatakan pulah tekanan saturasi pada 100 ^oC.

Zat dalam keadaan seluruhnya fasa cair pada temperatur saturasi dinamakan cair jenuh (saturasi cair). Hal ini dikarenakan jika zat tersebut menerima kalor sedikit saja maka akan ada bagian dari zat yang menguap sehingga ada zat yang berfasa cair dan ada berfasa gas. Sedangkan jika membuang kalor sedikit saja maka temperaturnya akan turun. Semakin banyak kalor yang diterima maka semakin banyak gas yang terbentuk sehingga akan sampai kondisi dimana semua zat berfasa gas. Pada saat kondisinya adalah fasa gas seluruhnya pada temperatur saturasi dinamakan gas jenuh (saturasi gas).

Suatu zat cair pada suatu tekanan tertentu dengan temperatur dibawah temperatur saturasinya dinamakan kondisi subcooled atau compressed liquid. Kondisi ini juga menunjukkan suatu zat cair pada temperatur tertentu dengan tekanan yang lebih tinggi dari pada tekanan saturasinya. Kemudian, jika ada suatu zat berfasa gas pada tekanan tertentu yang memiliki temperatur lebih tinggi dari pada temperatur saturasinya maka keadaan ini dinamakan kondisi superheated. Kondisi ini juga menunjukkan keadaan suatu zat berfasa gas pada temperatur tertentu dengan tekanan yang lebih rendah dari pada tekanan saturasinya.

Untuk menjelaskan seluruh fasa yang dibahas diatas, maka kasus dibawah ini dapat digunakan untuk memudahkan pengertian istilah-istilah tersebut:

• Sejumlah air (fasa cair) diletakkan di dalam panci yang berada di sebuah ruangan yang bertekanan atmosfir 1 atm dan temperatur 27 ^oC. Kondisi ini dinamakan subcooled liquid atau compressed liquid.
• Kemudian air dalam panci ini dipanaskan pada sebuah kompor sehingga temperaturnya naik. Kalor yang diberikan ke air dinamakan kalor sensibel. Selama dipanaskan temperatur air akan selalu naik sampai pada temperatur 100 ^oC. Pada titik ini kondisi air dinamakan saturasi cair.
• Jika tetap dipanaskan (diberikan kalor) maka temperatur tidak akan naik namun penguapan terjadi. Kalor yang diberikan ini dinamakan kalor laten. Sedikit demi sedikit air mulai menguap sehingga fasa cair berkurang dan akhirnya seluruh air dalam keadaan gas (uap) pada temperatur 100 ^oC. Keadaan ini dinamakan gas jenuh.
• Jika air dalam keadaan gas jenuh ini tetep menerma kalor maka temperaturnya naik kembali. Kalor ini merupakan kalor sensibel. Begitu temperaturnya naik, keadaan air pada kondisi ini dinamakan superheated

Temperatur saturasi berbeda-beda tergantung pada tekanannya. Begitupun sebaliknya tekanan saturasi berbeda-beda tergantung pada temperaturnya. Untuk menganalisis besaran-besaran termodinamika suatu zat biasanya digunakan sebuah tabel atau grafik sifat zat.