Show 1. Efisiensi suatu mesin Carnot yang menyerap kalor pada suhu 1200 Kelvin dan membuang kalor pada suhu 300 Kelvin adalah… Pembahasan Pembahasan W = e QHW = (0,6)(6000) W = 3600 Joule 3. 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 : Suhu tinggi (TH) = 527oC + 273 = 800 K Suhu rendah (TL) = 127oC + 273 = 400 K Kalor yang diserap (QH) = 10.000 Joule Ditanya : Kalor yang dibuang oleh mesin per siklus Jawab :Efisiensi mesin kalor ideal (mesin Carnot) :Usaha yang dilakukan oleh mesin Carnot : W = e Q1W = (0,5)(10.000)W = 5000 Joule Kalor yang dibuang oleh mesin setiap satu siklus (QL) = kalor yang diserap (QH) – usaha yang dilakukan (W) QL = QH – W QL = 10.000 – 5000 QL = 5000 Joule Kalor yang dibuang oleh mesin per siklus = 5000 Joule 4. Tentukan efisiensi dan usaha yang dilakukan mesin Carnot dalam satu siklus berdasarkan grafik di bawah… Suhu tinggi (TH) = 800 K Suhu rendah (TL) = 300 K Kalor yang diserap (QH) = 1000 Joule Ditanya : Efisiensi (e) dan usaha (W) yang dilakukan mesin Carnot Jawab : Efisiensi mesin Carnot : Usaha yang dilakukan oleh mesin Carnot : W = e QHW = (0,625)(1000) W = 625 Joule Mentok ngerjain soal? Foto aja pake aplikasi CoLearn. Anti ribet ✅Cobain, yuk! Berikut adalah rumus efisiensi mesin carnot: η = ( 1 − Tr / Tt ) x 100 %η = ( W / Q1 ) x 100%W = Q1 − Q2 Keterangan : η = efisiensi mesin Carnot (%) Tr = suhu reservoir rendah (Kelvin) Tt = suhu reservoir tinggi (Kelvin) W = usaha (joule) Q1 = kalor masuk / diserap reservoir tinggi (joule) Q2 = kalor keluar / dibuang reservoir rendah (joule) Pengertian Mesin Kalor Siklus Carnot. Siklus Carnot merupakan dasar dari mesin ideal yaitu mesin yang memiliki efisiensi tinggi yang selanjutnya disebut mesin Carnot. Usaha total yang dilakukan oleh sistem untuk satu siklus sama dengan luas daerah di dalam siklus pada diagram P – V (diagram hubungan tekanan P dan Volume V). Siklus Carnot terdiri atas empat proses yaitu dua proses adiabatis dan dua proses isotermis lihat Gambar. Kurva AB dan CD adalah proses isotermis. Sedangkan BC dan DA adalah proses adiabatis. Kurva Diagram Hubungan Tekanan dengan Volume, Grafik Siklus CarnotPada proses AB proses menyerap kalor Q1 dan saat proses CD melepas kalor sisa Q2. Selama siklus terjadi dapat menghasilkan usaha. Dan berlaku hubungan seperti persamaan berikut.Q = ΔU + W ΔU = energi dalam sistem Dari siklus Carnot diatas untuk kemudian dapat dibuat suatu mesin yang dapat memanfaatkan suatu aliran kalor secara spontan sehingga dinamakan mesin kalor. Perhatikan mesin kalor pada Gambar. Prinsip Kerja Mesin Kalor Siklus Carnot,Sesuai dengan siklus carnot maka dapat dijelaskan prinsip kerja mesin kalor. Mesin kalor menyerap kalor dari reservois bersuhu tinggi T1 sebesar Q1. Mesin menghasilkan kerja sebesar W dan membuang sisa kalornya ke reservois bersuhu rendah T2 sebesar Q2. Dari penjelasan gambar terlihat bahwa tidak ada sebuah mesin yang memanfaatkan semua kalor yang diserap Q1 untuk melakukan kerja W. Pasti selalu ada kalor yang terbuang. Artinya setiap mesin kalor selalu memiliki efisiensi. Efisiensi mesin kalor ini didefinisikan sebagai berikut.η= W/Q1 x 100% Untuk siklus Carnot berlaku hubungan Q2 /Q1 = T2/ T1 sehingga efisiensi mesin Carnot dapat diformulasikan dengan rumus persamaan berikut;η = [1 – (T2/ T1)] x 100% Keterangan: η = efisiensi mesin Carnot Efisiensi Maksimum Siklus Mesin Kalor Carnot. Efisiensi mesin Carnot merupakan efisiensi yang paling tinggi, hal ini karena mesin merupakan mesin ideal yang hanya ada di dalam teori. Artinya, tidak ada mesin yang mempunyai efisien melebihi efisiensi mesin kalor Carnot. Berdasarkan persamaan di atas terlihat bahwa mesin kalor Carnot hanya tergantung pada suhu kedua tandon atau reservoir. Untuk mendapatkan efisiensi sebesar 100%, suhu tandon T2 harus = 0 K. Hal ini dalam praktik tidak mungkin terjadi. Oleh karena itu, mesin kalor Carnot adalah mesin yang sangat ideal. Hal ini disebabkan proses kalor Carnot merupakan proses reversibel. Sedangkan kebanyakan mesin biasanya mengalami proses irreversibel (tak terbalikkan). Rumus untuk efisiensi mesin carnot adalah:n = (1 – T2/T1) Keterangan :
Efisiensi mesin carnot menggambarkan seberapa efektif sistem menghasilkan usaha dari kalor yang diserap. Efisiensi mesin carnot dirumuskan dengan: ƞ= (1 – )x 100% atau ƞ= (1 – )x 100% Keterangan: T2 = Suhu reservoir rendah T1 = Suhu reservoir tinggi Q2 = kalor yang dilepas sistem Q1 = kalor yang diterima sistem Dalam mengerjakan soal efisiensi mesin carnot, suhu harus dalam kelvin. Prinsip Mesin Carnot berdasarkan termodinamikaMesin carnot terdiri atas 2 proses isotermik dan dua proses adiabatic. Prinsip mesin carnot berdasarkan proses termodinamika berikut: a. Mula- mula terjadi pemuaian isotermik. Pada suhu konstan, kalor diberikan kepada sistem sehingga gas mengembang dan melakukan usaha. b. Kemudian terjadi pemuaian adiabatic. Suhu sistem naik dan gas melakukan usaha dari perubahan energi dalam sistem. c. Selanjutnya terjadi penyusutan isotermik. Pada suhu konstan, sejumlah kalor dilepaskan dari sistem ke lingkungan sehingga gas menyusut dan usaha dilakukan kepada sistem. d. Terakhir terjadi penyusutan adiabatik. Suhu sistem berkurang dan usaha dilakukan kepada gas. Baca juga ? Rumus Termodinamika Entropi – Contoh Soal dan Jawaban Termodinamika Entropi Silinder 6 inline dengan urutan pembakaran 1-5-3-6-2-4. Efisiensi Mesin Carnot – Rumus, Penjelasan, Contoh Soal dan Jawaban. Ilustrasi dan sumber Foto: Wikimedia CommonsTahapan Siklus CarnotSiklus carnot terdiri dari 4 tahapan proses, sebagai berikut.
Keempat proses di atas dapat dilukiskan dalam bentuk diagram P versus V, seperti di bawah ini: Mekanisme Kerja Siklus CarnotKarena sistem dikembalikan ke keadaan semula, maka perubahan besaran keadaan (besaran termodinamika) seperti energi dalam maupun entalpi sistem proses adalah nol. Dengan menggunakan hukum I termodinamika dapat dihitung kalor dan kerja pada masing-masing tahap proses diatas. Misalnya substansi melakukan kerja adalah suatu gas ideal. dU = đ Qrev – PdV atau dU = đ Qrev + dW Proses Isotermal dU = 0, sehingga đ W = đ Qrev = PdV W1 = -Q1 = -nRT ln V2/V1 Pada proses adiabatic Q = 0, sehingga; dU = đ W = -PdV đ W = Cv(T2-T1), dimana T1>T2 Cv = kapasitas panas pada volume tetap Dengan menggunakan penjelasan yang mirip dengan proses ekspansi isotermal reversibel, maka diperoleh kerja pada proses ini adalah: W3 = -Q2 = -nRT ln V4/V3, dimana V3>V4 Baca juga ? Hukum Hess – Rumus, Penjelasan, Kegunaan, Contoh Soal dan Jawaban Dengan menggunakan penjelasan yang mirip dengan proses ekspansi adiabatik reversibel. Maka diperoleh kerja untuk proses ini adalah : W4 = Cv (T1-T2), dimana T1>T2 Total kerja, W yang dilakukan oleh mesin carnot dalam satu siklus adalahW = W1 + W2 + W3 + W4 W = -nRT ln V2/V1 + Cv (T2-T1) – nRT ln V4/V3 + Cv (T1-T2) W = -nRT ln V2/V1 – nRT ln V4/V3 W = -Q1 – Q2 Q2 berharga negatif karena V4<V3. Sesuai dengan fakta bahwa kalor ini dilepaskan oleh sistem. Dengan demikian:W = – Q1 + Q2 atau –W = Q1 – Q2 Kerja yang dilakukan oleh mesin adalah selisih antara kalor yang diserap, Q1 dengan kalor yang dilepaskan Q2. Efisiensi mesin carnot, η adalah perbandingan antara kerja yang dilakukan mesin dengan kalor yang diserap, Q1:η = -W/Q1 η = (Q1-Q2)/Q1 = 1-Q2/Q1 Sejumlah kalor Q1 diserap dari reservoir kalor yang temperaturenya T1, sejumlah kalor Q2 dilepaskan ke reservoir kalor yang temperaturnya T2 dan kerja dilakukan oleh sistem, demikian seterusnya. Kalor yang ditransfer tergantung pada beda temperatur antara dua reservoir tersebut. Temperatur reservoir ini disebut temperatur termodinamika T. karena Q2/Q1 sebanding dengan temperatur termodinamika dari reservoir, maka efisiensi mesin Carnot dapat dinyatakan sebagai berikut:
Dari hasil yang diperolehnya, Carnot menyampaikan hasil teoremanya bahwa tidak ada mesin kalor yang bekerja antara dua reservoir kalor mempunyai efisiensi lebih besar dari mesin Carnot (ideal) yang bekerja pada dua reservoir kalor yang sama. Teorema diatas menunjukkan bahwa mesin kalor yang irreversibel mempunyai efisiensi lebih rendah dari mesin reversibel. Baca juga ? Hukum Raoult – Campuran Ideal / Larutan Ideal, Tekanan Uap, Contoh Soal dan Jawaban Simpulan dari rumusan efisiensi mesin carnot:
Teorema CarnotSebuah mesin nyata (real) yang beroperasi dalam suatu siklus pada temperatur dan tidak mungkin melebihi efisiensi mesin Carnot. Sebuah mesin nyata (kiri) dibandingkan dengan siklus Carnot (kanan). Entropi dari sebuah material nyata berubah terhadap temperatur. Perubahan ini ditunjukkan dengan kurva pada diagram T-S. Pada gambar ini, kurva tersebut menunjukkan kesetimbangan uap-cair (lihat siklus Rankine). Sifat irreversibel sistem dan kehilangan kalor ke lingkungan (misalnya, disebabkan gesekan) menyebabkan siklus Carnot ideal tidak dapat terjadi pada semua langkah sebuah mesin nyata. Teorema Carnot adalah pernyataan formal dari fakta bahwa: Tidak mungkin ada mesin yang beroperasi di antara dua reservoir panas yang lebih efisien daripada sebuah mesin Carnot yang beroperasi pada dua reservoir yang sama. Artinya, efisiensi maksimum yang dimungkinkan untuk sebuah mesin yang menggunakan temperatur tertentu diberikan oleh efisiensi mesin Carnot, Implikasi lain dari teorema Carnot adalah mesin reversibel yang beroperasi antara dua reservoir panas yang sama memiliki efisiensi yang sama pula. Efisiensi maksimum yang dinyatakan pada persamaan diatas dapat diperoleh jika dan hanya jika tidak ada entropi yang diciptakan dalam siklus tersebut. Jika ada, maka karena entropi adalah fungsi keadaan, untuk membuang kelebihan entropi agar dapat kembali ke keadaan semula akan melibatkan pembuangan kalor ke lingkungan, yang merupakan proses irreversibel dan akan menyebabkan turunnya efisiensi. Jadi persamaan di atas hanya memberikan efisiensi dari sebuah mesin kalor reversibel. Mesin carnot mengubah kalor menjadi usaha. Contoh soal efisiensi mesin carnot adalah sebagai berikut.Diketahui: T1 = 1000 C = 1000 + 273 = 1273 K T2 = 30 C = 30 + 273 = 303 K Ditanya: ƞ= ? Jawab: ƞ= (1 – )x 100% ƞ= (1 – )x 100% ƞ= (1 – 0,24)x 100% ƞ= 0,76 x 100% = 76% Jadi efisiensi mesin carnot tersebut sebesar 76% Mesin carnot bekerja pada suhu tinggi 600k. Untuk menghasilkan usaha mesin menyerap kalor 600 j dengan suhu rendah 400k,maka kerja yang di hasilkan mesin adalah:Termodinamika Mesin Carnot T1 = 600 K, Q1 = 600 J T2 = 400 K ∆T = 200 K, W = __? W = ∆T / T1 × Q1 W = 200 / 600 × 600 W = 200 J ← jwb Sebuah mesin kalor menyerap panas sebesar 3.000 Joule dari suatu reservoir suhu tinggi dan membuangnya sebesar 2.400 Joule pada reservoir suhu rendah. Efisiensi mesin itu adalah…A. 10 % B. 20 % C. 30 % D. 40 % E. 50 % Pembahasan : Diketahui : QH = 3000 Joule, QL = 2400 Joule. Jawaban: e=1 – (QL/QH) = 1 – (2400J / 3000J) = 1 -0,8 = 0,2 = 20% Jawaban yang benar adalah B. Sebuah mesin Carnot mempunyai reservoir suhu tinggi 300 oC dan reservoir suhu rendah 80 oC. Efisiensi mesin itu adalah…A. 38 % B. 49 % C. 40 % D. 50 % E. 60 % Pembahasan : Diketahui : TL = 80oC = (80 + 273) K = 353 K TH = 300oC = (300 + 273) K = 573 K Jika suhu diketahui dalam satuan Celcius maka harus diubah ke satuan Kelvin (Kelvin adalah satuan Sistem Internasional besaran suhu). Ditanya : Efisiensi (e) mesin Carnot ? Jawaban: e= 1 – (TL-TH) = 1 – (353K/573K) Jawaban yang benar adalah A. Efisiensi mesin carnot adalah 60% dan suhu tingginya 800K. |