Metode ilmiah - sebuah alat klasik

Praktek ilmu biasanya meliputi pengamatan tajam, analisis rasional, dan eksperimen. Pada abad keenam belas, Galileo dan filsuf Inggris, Francis Bacon adalah yang pertama untuk merumuskan sebuah metode tertentu untuk mendapat ilmu. Apa yang mereka diuraikan di masa yang akan datang dikenal sebagai metode ilmiah klasik. Metode ini pada dasarnya adalah sebagai berikut:

1. Mengamati yang erat mengamati dunia fisik di sekitar Anda
2. Pertanyaan mengenali pertanyaan atau masalah.
3. Hipotesa membuat dugaan  - hipotesis - untuk menjawab pertanyaan.
4. Memprediksi. Memprediksi akibat yang dapat diamati jika hipotesis tersebut benar. Konsekuensinya harus hilang jika hipotesis tidak benar.
5. Melakukan percobaan. Melakukan percobaan untuk melihat apakah konsekuensi yang Anda diperkirakan hadir.
6. Menarik kesimpulan. Merumuskan aturan umum sederhana yang mengatur hipotesis, prediksi efek, dan temuan eksperimental.

Walaupun metode ilmiah sangat kuat, ilmu yang baik yang sering dilakukan berbeda, dalam cara yang kurang sistematis. Namun, kemajuan ilmiah yang melibatkan trial and error, bereksperimen tanpa menebak, atau hanya berencana penemuan yang kebetulan. Lebih penting daripada metode tertentu, keberhasilan ilmu pengetahuan harus dilakukan dengan sikap umum para ilmuwan. Sikap ini adalah salah satu penyelidikan, eksperimen, dan kerendahan hati di hadapan fakta-fakta.

Penguapan Mendinginkan Kamu dan Pengembunan Menghangatkan Kamu

Penguapan merupakan proses pendinginan. Artinya, setiap kali menguapkan cairan dari permukaan bahan, berarti bahan didinginkan. Kelenjar keringat kita mengambil keuntungan dari hal ini dengan memproduksi keringat untuk mendinginkan kita ketika kita mulai kepanasan. Molekul air dalam keringat menguap dari permukaan kulit kita, mereka membawa pergi energi tidak diinginkan dan dengan demikian kita menjadi dingin.

Pikirkan tentang bagaimana ini bekerja pada tingkat submikroskopik. Molekul cair seperti bola bilyar kecil, bergerak kacau, terus-menerus bertabrakan satu sama lain. Selama mereka bertabrakan, sebagian energi kinetik bertambah sementara sebagian kehilangan energi kinetik. Molekul pada permukaan cairan energi kinetik akan bertambah karena tumbukan dari bawah, jadi inilah yang dapat membebaskan diri dari cairan. Mereka meninggalkan permukaan dan lepas ke ruang di atas cairan menjadi gas. Ketika molekul bergerak cepat meninggalkan cairan, molekul yang tertinggal adalah yang bergerak lambat. Dengan cara ini, lapisan keringat pada kulit anda terus menerus akan memindahkan molekul suhu tinggi dari badan Anda. Bagaimanapun, banyak hewan tidak memiliki kelenjar keringat dan harus mendinginkan diri dengan cara lain.

Kondensasi hanya bekerja dalam cara yang berlawanan. Ketika molekul gas dekat dengan permukaan cairan ia akan tertarik ke cair, mereka menabrak permukaan dengan energi kinetik meningkat dan menjadi bagian dari cairan. Energi kinetik mereka diserap oleh cairan. Hasilnya adalah peningkatan suhu. Kondensasi adalah proses pemanasan. Sebuah contoh dramatis pemanasan oleh kondensasi adalah energi yang dilepaskan oleh uap ketika mengembun pada kulit Anda. Uap ini memberikan banyak energi ketika mengembun menjadi cairan dan membasahi kulit. Itu sebabnya luka bakar dari uap bersuhu 100 C jauh lebih merusak daripada air mendidih bersuhu 100 C.

Saat mandi, anda mungkin telah memperhatikan bahwa anda merasa jauh lebih hangat di wilayah kamar mandi yang lembab daripada saat anda melangkah keluar. Perbedaan ini cepat dirasakan ketika anda keluar. Menjauh dari kelembaban, menyebabkan tingkat penguapan jauh lebih tinggi daripada tingkat kondensasi, dan anda merasa kedinginan. Bila anda tetap berada di pancuran di mana kelembaban lebih tinggi, tingkat kondensasi meningkat, sehingga Anda merasa lebih hangat. Jadi sekarang anda tahu mengapa anda bisa mengeringkan diri dengan handuk yang lebih nyaman jika anda tetap di pancuran. Jika Anda terburu-buru dan tidak keberatan kedinginan, kering sendiri saat berada di lorong.

Tahap Perubahan

Peleburan terjadi ketika perubahan zat dari padat menjadi cairan. Untuk membayangkan apa yang terjadi selama pelelehan, bayangkan Anda memegang tangan dengan sekelompok orang dan setiap anda mulai melompat-lompat secara acak. Semakin keras Anda melompat, semakin sulit untuk berpegang pada satu sama lain. Jika semua orang melompat cukup keras, menjaga pegangan adalah mustahil. Sesuatu seperti ini terjadi pada partikel submikroskopik dari padatan ketika dipanaskan. Saat panas ditambahkan ke padatan, partikel bergetar lebih dan lebih keras. Jika panas cukup ditambahkan, kekuatan tarik menarik antara partikel tidak lagi mampu menahan mereka bersama-sama. Benda padat mencair.

Saat perubahan cair menjadi padat terjadi ketika panas dihilangkan. Proses ini disebut membeku, dan merupakan kebalikan dari pelelehan. Saat panas yang ditarik dari cairan, gerak rata-rata partikel berkurang hingga partikel bergerak perlahan-lahan sehingga gaya tarik menarik antara mereka bertahan secara permanen. Kemudian gerak partikel hanya mampu getaran di sekitar posisi tetap, yang berarti cair ini telah memadat, dibekukan.

Suatu cairan dapat dipanaskan sehingga menjadi gas ‒ penguapan. Saat panas ditambahkan, partikel cairan memperoleh lebih banyak energi kinetik dan bergerak lebih cepat. Partikel pada permukaan cairan akhirnya mendapatkan energi yang cukup untuk melompat keluar dari cair dan masuk ke udara. Dengan kata lain, mereka memasuki fase gas. Bahkan air yang dibekukan "menguap." Dalam bentuk penguapan, disebut sublimasi, molekul melompat langsung dari padatan ke fase gas. Kapur barus terkenal atas sublimasi mereka. Es juga menyublim. Karena molekul air sangat kuat dalam padatan air yang dibekukan menyublim jauh lebih lambat dari air cair yang menguap. Banyaknya sublimasi atas hilangnya banyak salju dan es, terutama pada puncak gunung yang tinggi. Sublimasi juga menjelaskan mengapa es batu yang tersisa di lemari es dalam waktu yang lama semakin kecil, dan bagaimana es kering berubah dari padatan langsung menjadi gas.

Kecepatan cairan menguap meningkat dengan suhu. Misalnya, genangan air menguap di aspal panas lebih cepat daripada di lantai dapur dingin Anda. Bila suhu cukup panas, penguapan terjadi di bawah permukaan cairan. Akibatnya, gelembung terbentuk dan melambung ke permukaan. Ketika terbentuk gelembung, kita mengatakan bahwa cairan mendidih. Suatu zat sering ditandai dengan titik didih, yang merupakan suhu di mana cairan mendidih. Di permukaan laut, titik didih air murni adalah 100 C.

Perubahan dari gas ke cair ‒ kebalikan dari penguapan ‒ adalah kondensasi. Proses ini dapat terjadi ketika suhu gas menurun. Misalnya, uap air yang diadakan di udara siang hari hangat dapat mengembun membentuk embun basah di malam dingin.

Perhatikan bahwa penyebab perubahan fasa selalu adalah transfer energi. Energi harus ditambahkan untuk melelehkan es menjadi air atau menguapkan air menjadi uap. Energi harus dibuang agar uap mengembun kembali menjadi air atau air membeku menjadi es. Kita sebut energi yang dilepaskan atau diserap dalam perubahan fase panas laten. Kata laten berarti "tersembunyi." Energi panas yang terlibat dalam mengubah fase dari suatu material tersembunyi dalam arti bahwa bahan tersebut tidak mengubah suhu saat menyerap atau melepaskan panas ini. Misalnya, air mendidih dalam panci di atas kompor akan tetap pada suhu 100 C selama fase mengubah menjadi uap air. Panas dialirkan ke dalam panci air dan mengganggu gaya tarik menarik antara molekul dalam keadaan cair, bukan mengubah suhu air. Sebuah Termometer akan menunjukkan 100 C sampai semua air tersebut menguap.

Lebih khusus, jumlah energi yang dibutuhkan untuk mengubah zat apapun dari padat ke cair (dan sebaliknya) disebut panas peleburan untuk zat tersebut. Untuk air, adalah 334 joule per gram. Dan jumlah energi yang dibutuhkan untuk mengubah zat apapun dari cair ke gas (dan sebaliknya) disebut panas penguapan untuk zat tersebut. Untuk air, memerlukan 2256 joule per gram.

Panas tinggi dari penguapan air memungkinkan Anda untuk menyentuhkan sebentar jari Anda yang basah ke wajan panas di atas kompor panas tanpa membahayakan. Anda bahkan bisa menyentuhnya beberapa kali berturut-turut selama jari Anda tetap basah. Energi yang biasanya akan membakar jari Anda akan hilang, bukan ke perubahan fase air di jari Anda. Demikian pula, Anda dapat menilai panasnya baju besi dengan jari dibasahi. Lebih baik bekerja cepat meskipun ‒ ketika air menguap dijari Anda, panas dari besi itu, permukaan logam yang sangat konduktif akan mengalihkan banyak energi panas ke jari Anda, dengan cepat, dalam upayanya untuk mencapai kesetimbangan termal dengan kulit Anda ‒ aduh!