Efisiensi mesin carnot yang dioperasikan dengan suhu rendah 0,4 t dan suhu tinggi t adalah

1. Perhatikan grafik P – V mesin Carnot di samping! Jika kalor yang diserap (Q1) = 10.000 joule maka besar usaha yang dilakukan mesin Carnot adalah…

A. 1.500 J

B. 4.000 J

C. 5.000 J

D. 6.000 J

E. 8.000 J

Pembahasan

Diketahui :

Suhu rendah (T2) = 400 K

Suhu tinggi (T1) = 800 K

Kalor yang diserap (Q1) = 10.000 Joule

Ditanya : Usaha yang dihasilkan mesin Carnot (W)

Jawab :

Efisiensi mesin kalor ideal (mesin Carnot) :

Usaha yang dilakukan oleh mesin Carnot :

W = e Q1

W = (1/2)(10.000) = 5000 Joule

Jawaban yang benar adalah C.

2. Perhatikan gambar di samping! Besar usaha yang dilakukan mesin dalam satu siklus adalah…

A. 300 J

B. 400 J

C. 500 J

D. 600 J

E. 700 J

Pembahasan

Diketahui :

Suhu rendah (TL) = 400 K

Suhu tinggi (TH) = 600 K

Kalor yang diserap (Q1) = 600 Joule

Ditanya : Usaha yang dihasilkan mesin Carnot (W)

Jawab :

Efisiensi mesin kalor ideal (mesin Carnot) :

Usaha yang dilakukan oleh mesin Carnot :

W = e Q1

W = (1/3)(600) = 200 Joule

Jawaban yang benar adalah E.

3. Perhatikan grafik siklus Carnot ABCDA di bawah ini! Berdasarkan data pada grafik, efisiensi mesin Carnot adalah…

A. 10 %

B. 20 %

C. 25 %

D. 30 %

E. 35 %

Pembahasan

Diketahui :

Suhu rendah (TL) = 350 K

Suhu tinggi (TH) = 500 K

Ditanya : Efisiensi mesin Carnot (e)

Jawab :

Efisiensi mesin Carnot :

e = (TH – TL) / TH

e = (500 – 350) / 500

e = 150 / 500

e = 0,3

e = 30/100 = 30 %

Jawaban yang benar adalah D.

4. Pada grafik P-V mesin Carnot berikut diketahui reservoir suhu tinggi 600 K dan suhu rendah 400 K. Jika usaha yang dilakukan oleh mesin adalah W, maka kalor yang dikeluarkan pada suhu rendah adalah…

A. W

B. 2 W

C. 3 W

D. 4 W

E. 6 W

Pembahasan

Diketahui :

Suhu rendah (TL) = 400 K

Suhu tinggi (TH) = 600 K

Ditanya : Kalor yang dikeluarkan pada suhu rendah (Q2)

Jawab :

Efisiensi mesin Carnot :

e = (TH – TL) / TH

e = (600 – 400) / 600

e = 200 / 600

e = 1/3

Usaha yang dilakukan oleh mesin Carnot :

W = e Q1

Keterangan : W = usaha yang dilakukan mesin, e = efisiensi mesin, Q1 = kalor yang diserap mesin.

W = (1/3)(Q1)

3W = Q1

Kalor yang dikeluarkan pada suhu rendah :

Q2 = Q1 – W

Q2 = 3W – W

Q2 = 2W

Jawaban yang benar adalah B.

5. Grafik P-V dari sebuah siklus Carnot terlihat seperti gambar berikut. Jika kalor yang dilepas ke lingkungan 3.000 Joule, maka kalor yang diserap sistem adalah…

A. 3.000 J

B. 4.000 J

C. 4.800 J

D. 6.000 J

E. 8.000 J

Pembahasan

Diketahui :

Suhu rendah (TL) = 500 K

Suhu tinggi (TH) = 800 K

Kalor yang dilepaskan (Q2) = 3000 Joule

Ditanya : Kalor yang diserap sistem (Q1)

Jawab :

Efisiensi mesin Carnot :

e = (TH – TL) / TH

e = (800 – 500) /8600

e = 300 / 800

e = 3/8

Usaha yang dilakukan oleh mesin Carnot :

W = e Q1

W = (3/8)(Q1)

8W/3 = Q1

Q2 = Q1 – W

Q2 = 8W/3 – 3W/3

Q2 = 5W/3

3Q2 = 5W

W = 3Q2/5 = 3(3000)/5 = 9000/5 = 1800

Kalor yang diserap sistem :

Q1 = W + Q2 = 1800 + 3000 = 4800 Joule

Jawaban yang benar adalah C.

6. Sebuah mesin Carnot menerima kalor dari reservoir suhu tinggi 800 K dan mempunyai efisiensi 50%. Agar efisiensi menjadi 80% dengan mempertahankan suhu reservoir rendah tetap, maka suhu tinggi harus diubah menjadi….

A. 1.600 K

B. 2.000 K

C. 2.400 K

D. 4.000 K

E. 6.400 K

Pembahasan

Diketahui :

Jika suhu tinggi (TH) = 800 K , efisiensi (e) = 50% = 0,5

Ditanya : Berapa suhu tinggi (TH) agar efisiensi (e) = 80% = 0,8

Jawab :

Suhu rendah = 400 Kelvin

Berapa suhu tinggi (TH) agar efisiensi (e) = 80 % ?

Suhu tinggi = 2.000 Kelvin

Jawaban yang benar adalah B.

7. Sebuah mesin Carnot bekerja pada reservoir suhu tinggi 600 K mempunyai efisiensi 40%. Supaya efisiensi mesin menjadi 75% dengan suhu reservoir rendah tetap, maka reservoir suhu tinggi harus dinaikkan menjadi….

A. 480 K

B. 840 K

C. 900 K

D. 1028 K

E. 1440 K

Pembahasan

Diketahui :

Jika suhu tinggi (TH) = 600 K , efisiensi (e) = 40% = 0,4

Ditanya : Berapa suhu tinggi (TH) agar efisiensi (e) = 75% = 0,75

Jawab :

Suhu rendah = 360 Kelvin

Berapa suhu tinggi (TH) agar efisiensi (e) = 75 % ?

Suhu tinggi = 1440 Kelvin

Jawaban yang benar adalah E.

8. Sebuah mesin Carnot menerima kalor dari reservoir suhu tinggi 800 K dan mempunyai efisiensi 50%. Agar efisiensi menjadi 80% dengan mempertahankan suhu reservoir rendah tetap, maka suhu tinggi harus diubah menjadi….

A. 1.600 KB. 2.000 KC. 2.400 KD. 4.000 K

E. 6.400 K

PembahasanDiketahui :Jika suhu tinggi (TH) = 800 K , efisiensi (e) = 50% = 0,5Ditanya : Berapa suhu tinggi (TH) agar efisiensi (e) = 80% = 0,8Jawab :

Berapa suhu tinggi (TH) agar efisiensi (e) = 80 % ?

9. Sebuah mesin Carnot bekerja pada reservoir suhu tinggi 600 K mempunyai efisiensi 40%. Supaya efisiensi mesin menjadi 75% dengan suhu reservoir rendah tetap, maka reservoir suhu tinggi harus dinaikkan menjadi….

A. 480 KB. 840 KC. 900 KD. 1028 K

E. 1440 K

PembahasanDiketahui :Jika suhu tinggi (TH) = 600 K , efisiensi (e) = 40% = 0,4Ditanya : Berapa suhu tinggi (TH) agar efisiensi (e) = 75% = 0,75Jawab :

Berapa suhu tinggi (TH) agar efisiensi (e) = 75 % ?

10. Efisiensi suatu mesin Carnot yang menyerap kalor pada suhu 1200 Kelvin dan membuang kalor pada suhu 300 Kelvin adalah…

Pembahasan
Diketahui :
Suhu tinggi (TH) = 1200 K
Suhu rendah (TL) = 300 K
Ditanya : Efisiensi mesin Carnot (e)
Jawab :

Pembahasan
Diketahui :
Suhu tinggi (TH) = 727oC + 273 = 1000 K
Suhu rendah (TL) = 127oC + 273 = 400 K
Kalor yang diserap (QH) = 6000 Joule
Ditanya : Efisiensi (e) dan usaha (W) yang dilakukan oleh mesin dalam satu siklus
Jawab :
Efisiensi mesin Carnot :

W = 3600 Joule

12. Suatu mesin Carnot bekerja di antara reservoir suhu tinggi 527oC dan reservoir suhu rendah 127oC. Mesin Carnot tersebut menyerap kalor 10.000 Joule dari reservoir panas. Banyaknya kalor yang dibuang oleh mesin pada setiap siklus adalah…Pembahasan

Diketahui :

Kalor yang dibuang oleh mesin setiap satu siklus (QL) = kalor yang diserap (QH) – usaha yang dilakukan (W)

13.  Tentukan efisiensi dan usaha yang dilakukan mesin Carnot dalam satu siklus berdasarkan grafik di bawah…
Pembahasan

W = 625 Joule

14. Perhatikan grafik siklus Carnot ABCDA di bawah ini!Berdasarkan data pada grafik, efisiensi mesin Carnot adalah…

A. 10 %B. 20 %C. 25 %D. 30 %

E. 35 %

Pembahasan
Diketahui :
Suhu rendah (TL) = 350 K
Suhu tinggi (TH) = 500 K
Ditanya : Efisiensi mesin Carnot (e)
Jawab :

Efisiensi mesin Carnot :
e = (TH – TL) / THe = (500 – 350) / 500e = 150 / 500e = 0,3e = 30/100 = 30 %

Jawaban yang benar adalah D.

15. Pada grafik P-V mesin Carnot berikut diketahui reservoir suhu tinggi 600 K dan suhu rendah 400 K. Jika usaha yang dilakukan oleh mesin adalah W, maka kalor yang dikeluarkan pada suhu rendah adalah…

A. WB. 2 WC. 3 WD. 4 W

E. 6 W

Pembahasan
Diketahui :
Suhu rendah (TL) = 400 K
Suhu tinggi (TH) = 600 K
Ditanya : Kalor yang dikeluarkan pada suhu rendah (Q2)
Jawab :
Efisiensi mesin Carnot :
e = (TH – TL) / THe = (600 – 400) / 600e = 200 / 600e = 1/3

Usaha yang dilakukan oleh mesin Carnot :

16. Grafik P-V dari sebuah siklus Carnot terlihat seperti gambar berikut. Jika kalor yang dilepas ke lingkungan 3.000 Joule, maka kalor yang diserap sistem adalah…

Diketahui :

Usaha yang dilakukan oleh mesin Carnot :

Sumber Soal:

Soal UN Fisika SMA/MA

Sarjana Pendidikan Fisika Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Guru Fisika di SMAN 2 Nubatukan Lewoleba, Kabupaten Lembata, Provinsi Nusa Tenggara Timur.