Fisika SMAMA XI
286
Selain kapasitas panas kita mengenal kalor jenis. Kalor jenis c didefinisikan sebagai kalor yang diperlukan 1 kg zat
untuk menaikkan suhunya 1 K. Kaitan antarkalor jenis dengan kapasitas panas adalah:
.... 20 Kapasitas panas ada dua macam, maka kalor jenis juga
ada 2 macam kalor jenis pada tekanan tetap dan kalor jenis pada volume tetap.
.... 21
D. Hukum Termodinamika Kedua dan Siklus Carnot
1. Mesin Kalor
Mesin kalor adalah suatu alat yang mengubah tenaga panas menjadi tenaga mekanik. Misalnya dalam mobil energi
panas hasil pembakaran bahan bakar diubah menjadi energi gerak mobil. Kalian tahu ada gas yang dibuang dari knalpot
mobil disertai panas. Tidak semua energi panas dapat diubah menjadi energi mekanik, ada energi yang timbul selain energi
mekanik. Contoh lain adalah mesin pembangkit tenaga listrik tenaga panas bumi yang digunakan untuk mengubah air
menjadi uap. Uap dialirkan melalui sebuah turbin sehingga turbin bergerak dan memutar generator sehingga timbul
tenaga listrik.
Secara sistematik usaha mesin kalor adalah usaha yang dilakukan empat tahap secara siklis. Sebuah silinder berisi
gas pada tekanan P
1
dilengkapi dengan piston. Tahap-tahap yang dilakukan kemudian adalah:
a. Piston dijaga pada volume konstan V
1
kemudian tekanan P
1
dinaikkan dengan cara melakukan pemanasan sehingga dicapai tekanan P
2
. Tekanan akan bertambah dengan volume konstan. Usaha dari luar dikerjakan agar
mengimbangi gaya pada piston yang bertambah karena penambahan tekanan.
b. Pemanasan masih dilakukan. Semakin banyak panas
yang ditambahkan, gas kemudian dibiarkan memuai
Di unduh dari : Bukupaket.com
287
Fisika SMAMA XI
pada tekanan konstan, P
3
=P
2
.Volume bertambah dari V
2
menjadi V
3
sehingga mesin melakukan kerja. c.
Piston kemudian dijaga agar volumenya konstan sehingga tekanan turun kembali menjadi P
1
. Tekanan akan berkurang dengan volume konstan sehingga tidak ada
kerja yang dilakukan pada gas. d.
Gas kemudian ditekan dengan tekanan konstan, dan panas dikeluarkan sampai volumenya kembali ke vo-
lume semula. Hasil total kerja adalah total kerja tiap proses a,b,c, dan d. Atau luas segiempat pada gambar .
Panas yang masuk : Q masuk = Q
1
+ Q
2
Panas yang keluar: Q keluar = Q
3
+ Q
4
Usaha yang dilakukan:
W = Q
masuk
- Q
keluar
.... 23 Tiap mesin kalor selalu ada zat atau
sistem yang menyerap sejumlah panas Q
p
pada suatu suhu yang tinggi, kemudian melakukan usaha sehingga
tenaga kalor dirubah menjadi tenaga mekanik, dan membuang panas Q
d
ke suhu rendah sehingga suhu turun dan
kembali ke keadaan awalnya. Zat yang menyerap atau melepas panas disebut
sebagai zat kerja. Tandon panas adalah sistem ideal dengan kapasitas panas yang
besar sehingga dapat menyerap atau memberikan panas tanpa perubahan suhu yang besar. Tandon panas biasanya berupa
atmosfer atau keadaan luar.
Keadaan awal dan keadaan akhir mesin sama pada zat kerja yang sama, maka tenaga dalam akhir harus sama dengan
tenaga dalam awalnya. Dengan demikian berdasarkan hukum termodinamik pertama kerja yang dilakukan sama dengan
panas total yang diserap. Pada mesin panas kita mengharapkan dapat mengubah panas masukan Q
p
menjadi kerja sebanyak mungkin.
W = Q
p
- Q
d
.... 24
P
V P
2
, V
2
= V
1
P
3
, V
2
= V
3
P
4
, V
4
= V
3
P
1
, V
1
a b
Di unduh dari : Bukupaket.com
Fisika SMAMA XI
288
Hukum termodinamika kedua untuk mesin panas Mesin panas yang bekerja secara siklis tidak mungkin
tidak menghasilkan efek lain selain menyerap panas dari tandon dan melakukan sejumlah usaha yang
ekivalen.
Hukum termodinamika kedua menyatakan jika kita ingin menyerap energi dari suatu tandon panas untuk
melakukan usaha maka kita harus menyiapkan tandon yang lebih dingin sebagai tempat untuk membuang tenaga. Karena
mesin tidak mungkin membuat semua panas yang diserap menjadi tenaga tetapi pasti ada pembuangan. Hukum ini
dirumuskan secara eksperimen oleh Kelvin dan Planck atau disebut juga rumusan panas untuk mesin panas.
2. Efisiensi
