Suhu Air Campur saat Kesetimbangan Termal

Dalam situasi ini, kita memiliki dua jenis air yang berbeda, yaitu air dengan massa 300 gram dan suhu 30 derajat Celsius, serta air dengan massa 500 gram dan suhu 90 derajat Celsius. Tujuan kita adalah untuk menentukan suhu air campuran saat mencapai kesetimbangan termal. Untuk mencapai hal ini, kita perlu menggunakan prinsip dasar termodinamika yang dikenal sebagai hukum kekekalan energi. Hukum ini menyatakan bahwa energi total dalam sistem terisolasi akan tetap konstan. Dalam kasus ini, energi yang ada dalam sistem adalah energi panas. Kita dapat menggunakan rumus Q = mcΔT untuk menghitung jumlah energi panas yang dipindahkan dari satu benda ke benda lainnya. Di mana Q adalah energi panas, m adalah massa benda, c adalah kalor jenis benda, dan ΔT adalah perubahan suhu. Pertama, kita akan menghitung energi panas yang dipindahkan dari air dengan suhu 90 derajat Celsius ke air dengan suhu 30 derajat Celsius. Dalam hal ini, massa air mendidih adalah 500 gram, suhu awalnya adalah 90 derajat Celsius, dan suhu akhirnya adalah suhu campuran yang ingin kita cari. Q1 = m1cΔT1 Q1 = 500g * 1 cal/g°C * (T - 30°C) Selanjutnya, kita akan menghitung energi panas yang dipindahkan dari air dengan suhu 30 derajat Celsius ke air dengan suhu campuran yang ingin kita cari. Dalam hal ini, massa air adalah 300 gram, suhu awalnya adalah 30 derajat Celsius, dan suhu akhirnya adalah suhu campuran. Q2 = m2cΔT2 Q2 = 300g * 1 cal/g°C * (T - 30°C) Karena energi panas yang dipindahkan dari air mendidih ke air dengan suhu campuran adalah sama dengan energi panas yang dipindahkan dari air dengan suhu campuran ke air dengan suhu 30 derajat Celsius, kita dapat menyamakan kedua persamaan tersebut. Q1 = Q2 500g * 1 cal/g°C * (T - 30°C) = 300g * 1 cal/g°C * (T - 30°C) Kita dapat menyederhanakan persamaan ini dengan membagi kedua sisi dengan 1 cal/g°C dan menghilangkan faktor (T - 30°C) yang sama di kedua sisi. 500g * (T - 30°C) = 300g * (T - 30°C) Selanjutnya, kita dapat menyederhanakan persamaan ini dengan membagi kedua sisi dengan (T - 30°C) dan menghilangkan faktor 30°C yang sama di kedua sisi. 500g = 300g Dari persamaan ini, kita dapat melihat bahwa tidak ada suhu campuran yang memenuhi persamaan ini. Oleh karena itu, tidak ada suhu campuran yang dapat dicapai saat kesetimbangan termal antara air dengan massa 300 gram dan suhu 30 derajat Celsius, serta air dengan massa 500 gram dan suhu 90 derajat Celsius. Dalam kasus ini, kita dapat menyimpulkan bahwa air dengan massa yang berbeda dan suhu yang berbeda tidak akan mencapai kesetimbangan termal.