Siklus Carnot Siklus Termodinamika
Kompetensi Fisika Kelas XI Semester 2
219
Dari pembahasan sebelumnya diketahui bahwa energi dalam pada gas ideal sebanding dengan suhu, sehingga:
η =
§ ·
¨ ¸
© ¹
2 1
1
T T
× 100 . . . 9.33
Keterangan:
η : efisiensi mesin T
1
: suhu tandon panas K T
2
: suhu tandon dingin K
Mesin pendingin Carnot seperti air conditioner AC maupun
lemari es seperti ilustrasi di awal bab menggunakan proses yang berbeda dengan proses mesin pemanas yang menggunakan
siklus Carnot. Mesin pendingin Carnot menyerap kalor dingin sebagai sumber dan membuangnya dalam bentuk kalor panas.
Hal ini seperti ditunjukkan pada gambar 9.15 di bawah. Arah
Q
1
dan Q
2
pada siklus pendingin Carnot berlawanan dengan arah Q
1
dan Q
2
pada siklus mesin pemanas Carnot. Skema mesin pendingin Carnot dapat ditunjukkan seperti pada gambar 9.16
berikut.
Gambar 9.16 Skema mesin pendingin Carnot
Gambar 9.15 Siklus mesin pendingin Carnot
B Q
1
A
Q
2
D P
C V
T
H
T
c
Q
H
W Q
c
Pada mesin pendingin Carnot, kalor panas Q
H
dinyatakan sebagai
Q
1
dan kalor dingin Q
C
sebagai Q
2
. Usaha pada mesin pendingin Carnot dapat juga dihitung dengan rumus:
W = Q
1
– Q
2
Efisiensi mesin pendingin Carnot adalah sebagai berikut. η =
2
W Q
× 100
η =
§ ·
¨ ¸
© ¹
Q Q
Q
1 2
2
× 100
η =
§ ·
¨ ¸
© ¹
1 2
1
Q Q
× 100 . . . 9.34
Kompetensi Fisika Kelas XI Semester 2
220
atau η =
§ ·
¨ ¸
© ¹
1 2
1
T T
× 100 . . . 9.35
Karakteristik mesin pendingin Carnot ditunjukkan oleh koefisien
performance, yaitu perbandingan antara kalor yang diserap dengan usaha yang dilakukan mesin. Koefisien
performance mesin pendingin Carnot atau koefisien daya guna mesin pendingin Carnot adalah sebagai berikut.
K = K
1
K =
Q W
2
K =
Q Q
Q
2 1
2
. . . 9.36 atau
K =
2 1
2
T T
T
. . . 9.37 Supaya kamu lebih memahami siklus Carnot, pelajarilah
contoh soal di bawah ini kemudian kerjakan pelatihan di bawahnya
Contoh Soal
Efisiensi suatu mesin Carnot 70. Jika suhu reservoir suhu tingginya 837 K, tentukan suhu reservoir suhu rendahnya
Penyelesaian:
Diketahui: η = 70
T
1
= 837 K Ditanyakan:
T
2
= . . .? Jawab:
η =
1
§ ·
¨ ¸
© ¹
2
1 T
T
100
70 =
1
§ ·
¨ ¸
© ¹
1 837
T
100
70 = 100 –
2
100 837
T
2
100 837
T
= 70 – 70
2
100 837
T
= 30 100
T
2
= 30 . 837 100
T
2
= 25.110 T
2
= 251,1 K
Kompetensi Fisika Kelas XI Semester 2
221
Kerja Berpasangan 2
Kerjakan bersama teman sebangkumu 1.
Sebuah mesin Carnot yang reservoir suhu tingginya pada 127 °C menyerap 100 kalori dan mengeluarkan 80 kalori ke reservoir
suhu rendah. Tentukanlah suhu reservoir terakhir
2. Suatu mesin menerima 200 kalori dari sebuah reservoir bersuhu
400 K dan melepaskan 175 kalori ke sebuah reservoir lain yang bersuhu 320 K. Jika mesin tersebut merupakan mesin Carnot,
berapakah efisiensinya?
3. Hitunglah efisiensi ideal dari suatu mesin Carnot yang bekerja
pada suhu 100 °C dan 400 °C. 4.
Sebuah mesin Carnot menggunakan reservoir suhu rendah pada 7 °C, efisiensinya 40 . Jika efisiensinya diperbesar menjadi 50 ,
berapakah reservoir suhu tingginya harus dinaikkan?
5. Mesin Carnot bekerja di antara dua reservoir panas yang bersuhu
400 K dan 300 K. Jika dalam tiap siklus, mesin menyerap panas
sebanyak 1.200 kalori dari reservoir yang bersuhu 400 K, bera- pakah panas yang dikeluarkan ke reservoir yang bersuhu 300 K?
P
Q
1
B D
A Q
2
V C
Gambar 9.17 Siklus Otto
V
1
V
2