MESIN CARNOT DAN MESIN PENDINGIN

MESIN CARNOT DAN MESIN PENDINGIN

MESIN CARNOT

Berdasarkan Hukum Termodinamika I, Kalor yang siderap oleh sistem dapat menyebabkan gas melakukan usaha. Berdasarkan prinsip ini, dimungkinkan untuk merancang suatu mesin kalor yang dapat mengubah kalor (energy panas) menjadi kerja atau usaha. Mesin tersebut dinamakan Mesin Carnot.

Proses a-b  dan proses c-d adalah proses isotermik

Proses b-c  dan proses d-a adalah proses adiabatic

Mesin carnot bekerja berdasarkan proses termodinamika yang terdiri atas dua proses isotermik dan dua proses adiabatic. Prinsip mesin carnot digambarkan dalam grafik p – V dan membentuk siklus carnot. Perhatikan siklus carnot seperti pada gambar.

a. Proses A-B, disebut pemuaian isotermik pada suhu konstan T₁. Kalor Q₁ diberikan kepada sistem sehingga gas mengembang atau memuai dan melakukan usaha.

b. Proses B – C, disebut pemuaian adiabatic. Suhu sistem berubah dari T₁ menjadi T₂ dan gas melakukan usaha dari perubahan energy dalam sistem.

c. Proses C – D, disebut penyusunan isotermik pada suhu konstan T₂, Kalor Q₂ dilepaskan dari sistem kelingkungan sehingga gas menyusut dan usaha dilakukan kepada sistem.

d. Proses D –A, disebut penyusutan Adiabatik. Suhu sistem berkurang dari T₂ menjadi T₁ dan usaha dilakukan kepada gas. Karena tidak ada perubahan suhu yang terjadi pada keseluruhan siklus, perubahan energy dalam sama dengan nol. Jadi, usaha W yang dilakukan oleh mesin dalam keseluruhan siklus adalah selisih kalor yang diberikan kedalam sistem Q₁ dengan kalor yang dilepaskan Q₂.

W = Q₁ – Q₂

Efisiensi Mesin Carnot

Mesin kalor mengubah kalor menjadi usaha. Efisiensi mesin kalor menggambarkan seberapa efektif usaha dihasilkan dari kalor yang diserap oleh sistem. Efisiensi η dinyatakan sebagai perbandingan antara usaha W yang dilakukan dengan kalor yang diserap Q₁ oleh sistem.

                                          h =      w/Q₁ = (Q₁ – Q₂)/Q₁ = 1- Q₂/Q₁

Karena, Q2/Q1=T2/T1 maka
                                                h = 1- T2/T1

dimana T2 = Suhu reservoir tinggi dan T1 = Suhu reservoir rendah..

CONTOH SOAL

Sebuah mesin Carnot bekerja diantara suhu 107^oC dan 487^oC. Jika mesin tersebut menyerap kalor 800 joule, tentukan jumlah kalor yang dibuang dalam joule!

Penyelesaian :

Diketahui : T₁ = (487 + 273) K = 760 K

                   T₂ =(107 + 273)K = 380 K

                  Q₁ = 800 joule

Ditanya : Q₂ ?

Jawab  : 
                  h = 1- Q2/Q1 = 1 – T2/T1

                         800 =(380/760)Q2

                                  = 400 J

MESIN PENDINGIN

Prinsip dasar mesin pendingin berlawanan dengan mesin kalor. Mesin pendingin pada dasarnya mengambil (melepaskan) kalor dari sistem ke lingkungan atau memindahkan kalor dari reservoir dingin ke reservoir panas. Usaha diperlukan atau dikerjakan pada sistem agar mekanisme ini dapat berlangsung.

            Pada mesin pendingin berlaku usaha atau kerja dilakukan atau dikerjakan kepada sistem agar kalor dapat dipindahkan atau mengalir dari reservoir suhu rendah ke reservoir suhu tinggi. Jadi usaha W yang dilakukan kepada sistem adalah selisih kalor yang diserap di reservoir suhu rendah Q₂ dengan kalor yang dilepaskan di reservoir suhu tinggi Q_1.

W = Q₁ – Q₂

            Berbeda dengan mesin kalor yang dinilai berdasarkan efisiensinya, kinerja mesin pendingin dinilai berdasarkan efisiensinya, kinerja mesin pendingin dinilai berdasarkan nilai koefisien kinerjanya. Koefisien kinerja Cp adalah perbandingan antara kalor yang diserap di reservoir suhu rendah dan usaha yang dikerjakan.

                                       Cp = Q2/W = Q2/(Q1 – Q2) = T2/(T1 – T2)