Mana Yang Lebih Cepat Membeku: Air Panas atau Air Dingin?

Mana Yang Lebih Cepat Membeku: Air Panas atau Air Dingin?

Tanyalah pada semua orang dan hampir semuanya akan menjawab bahwa air dingin lebih cepat membeku daripada air panas; tentu saja mereka salah. Logika sederhana akan menggunakan prinsip air membeku pada suhu 0° Celsius. Air dengan suhu lebih tinggi tentu membutuhkan waktu lebih lama daripada air bersuhu rendah untuk mencapai temperatur nol derajat Celsius. Jika Anda menelaah masalah ini dari sudut pandang fisika, Anda akan menemukan jawaban yang bertentangan dengan logika sederhana tersebut.

Dengan menggunakan proses pendinginan yang sama, air panas lebih cepat membeku daripada air dingin. Fenomena ini pertama kali diteliti pada tahun 1963 oleh seorang siswa dari sekolah menengah di Tanzania, bernama Erasto Mbepa. Teori ini kemudian dinamakan sebagai Mbepa Effect (efek Mbepa). Mbepa menemukan bahwa jika air dengan suhu berbeda (tinggi dan rendah) didinginkan pada saat yang sama, air panas justru mengalami pembekuan lebih awal. Penelitian Mbepa membenarkan dugaan para pemikir kuno seperti Aristotle, Francis Bacon, dan Rene Decartes; semuanya menduga (walaupun belum bisa membuktikan) bahwa air panas lebih cepat mencapai suhu 0° daripada air dingin.

Proses penguapan menjadi penjelasan yang paling bisa diterima sebagai salah satu faktor penting dalam kasus ini. Saat air panas ditempatkan dalam sebuah wadah terbuka (seperti gelas, panci, atau ember tanpa tutup, dsb) berat massa air berkurang drastis karena sebagian menguap. Karena volume air berkurang, proses pembekuan bisa berlangsung lebih cepat. Hal ini hanya bisa dilakukan jika air berada di wadah terbuka, karena dalam keadan tertutup sebuah wadah akan tetap menyimpan volume air yang menguap. Pada dasarnya, pross pembekuan air berusaha menghilangkan panas dari air untuk mencapai suhu 0° Celsius; penguapan akan mempercepat proses terbuangnya panas.

Air dingin yang sedang dibekukan cenderung mengikat/menarik kandungan gas dari udara disekitarnya; ketika beku, gas ini akan menjadi gelembung udara. Itulah kenapa Anda melihat banyak gelembung udara di dalam sebuah blok es. Kandungan gas yang masuk ke air menurunkan titik beku (freezing point), sehingga memperlama proses pembekuan.

Distribusi suhu yang tidak merata juga juga bisa mendukung teori Mbepa Effect. Ketika Anda memanaskan air dalam sebuah wadah, bagian pertama yang mengalami peningkatan suhu adalah yang paling bawah, tapi dengan segera bagian ini akan naik ke permukaan. Kita bisa menarik kesimpulan bahwa air dengan suhu terpanas selalu berada di bagian permukaan. Dalam istilah fisika, perpindahan posisi air dengan suhu berbeda ini disebut convection current. Air panas yang sedang didinginkan akan melakukan banyak convection current; setiap kali terjadi, air yang berada di tempat paling atas akan kehilangan sebagian panasnya.

Hal yang sama juga terjadi pada gas dan di lautan. Karena air dengan suhu paling rendah berada di bagian paling bawah, proses pendinginan juga bisa berlangsung dengan cepat. Walapun banyak air panas yang harus dibekukan, proses pendinginan suhu akan tetap berlangsung dengan cepat.