Meisn Carnot

Dalil : Dari semua motor yang bekerja dengan menyerap kalor dari reservoir T1 dan melepaskan kalor pada reservoir T2 tidak ada yang lebih efisien dari motor Carnot. BC ; DA = adiabatik AB ; CD = isotermik

Mesin Carnot terdiri atas 4 proses, yaitu 2 proses adiabatik dan 2 proses isotermik. Kebalikan dari mesin Carnot merupakan mesin pendingin atau lemari es. Mesin Carnot hanya merupakan siklus teoritik saja, dalam praktek biasanya digunakan siklus Otto untuk motor bakar (terdiri dari 2 proses adiabatik dan 2 proses isokhorik) dan siklus diesel untuk mesin diesel (terdiri dari 2 proses adiabatik, 1 proses isobarik dan 1 proses isokhorik). Contoh: 1. Selama proses isokhorik (v = 1 m3), gas menerima kalor 1000 kalori sehingga tekanan berubah sebesar 814 N/m2. Hitunglah perubahan energi dalam gas selama proses tersebut ? Jawab: Proses isokhorik: DV = 0 sehingga DW = P . DV = 0 DQ = DU + DW ® 1000 = DU + 0 Jadi perubahan energi dalam gas = 1000 kalori =1000 x 4.186 J = 4186J 2. Gas diatomik pada suhu sedang 200ºC dan tekanan 105 N/m2 bervolume 4 lt. Gas mengalami proses isobarik sehingga volumenya 6 liter kemudian proses isokhorik sehingga tekanannya 1.2 x 105 N/m2. Berapakah besar perubahan energi dalam gas selama proses tersebut ? Jawab: PV = n R T ® P DV + V DP = n R DT Proses A - B (DP = 0): P DV = n R DT = 105 . 2.10-3 = 200 J DUBC = 5/2 n R DT = 500 J (diatomik 200ºC) Proses :B - C (DV = 0): V DP = n R DT = 6.10-3.0,2. 105 = 1120 J DUBC = 5/2 n R DT = 300 J (diatomik 200ºC) Jadi DU total = DUAB + DUBC = 800 J 3. Bila suatu gas dimampatkan secara isotermik maka tentukanlah tekanan, energi dalam danusaha yang dilakukan oleh gas! Jawab: Gas dimampatkan berarti volume gas bertambah kecil (AV < 0) Proses gas secara isotermik berarti DT = 0 Jadi: PV = C ® P = C/V

Karena volume gas bertambah kecil maka tekanan gas akan bertambah besar. Kenaikan tekanan gas ini disebabkan oleh makin seringnya molekul-molekul gas menumbuk dinding tempatnya (jarak tempuh molekul gas makin pendek) bukan karena kecepatannya yang bertambah. DU=3/2 n R DT Karena proses isotermik (DT= 0), maka perubahan energi dalam sama dengan nol (DU - 0). Berarti energi dalam gas tidak berubah. DQ = DU + DW ® DW = P DV Karena DU = 0 maka DQ = DW, berarti kalor yang diserap gas seluruhnya diubah menjadi usaha gas. Karena volume gas bertambah kecil (DV < 0) maka usaha yang dilakukan gas negatif( DW < O), berarti gas menerima kerja dari luar. 3. Sebuah mesin Carnot yang menggunakan reservoir suhu tinggi sebesar 1000ºK mempunyai efisiensi sebesar 50%. Agar efesiensinya naik menjadi 60%, berapakah reservoir suhu tinggi harus dinaikkan ? Jawab: h = 1-T2/T1 ® 0,5 = 1 T2/1000 ® T2 = 500ºK Apabila efesiensinya dijadikan 60% (dengan T2 tetap), maka h = 1 - T2/T1 ® 0,6 =1 - 500/T2 ® T1= 12.50 ºK