Sejarah Mesin Carnot siklus otto
YULIZA, OKTA,
Dosen BELLA,
Pembimbing
: Drs RAYYAN
Elmi
Mahzum,M.I.T
KELOMP
OK 7
SEJARAH FISIKA
NICOLAS LEONARD SA’DI
CARNOT
(1796-1832 )
Penulis : Bella, Okta, Raiyan,
Yuliza
KATA PENGANTAR
Dengan menyebut nama Allah SWT yang Maha Pengasih lagi
Maha Penyayang, Kami panjatkan puja dan puji syukur atas
kehadirat-Nya, yang telah melimpahkan rahmat, hidayah dan
inayah-Nya kepada kami, sehingga kami dapat menyelesaikan
makalah ilmiah tentang sejarah fsikaaan Carnot dan temuantemuannya.
Makalah ilmiah ini telah kami susun dengan maksimal dan
mendapatkan bantuan dari berbagai pihak sehingga dapat
memperlancar
pembuatan
makalah
ini.
Untuk
itu
kami
mengucapkan banyak terima kasih kepada semua pihak yang telah
berkontribusi dalam pembuatan makalh ini.
Terlepas dari semua itu, Kami menyadari sepenuhnya bahaa
masih ada kekurangan baik dari segi susunan kalimat maupun tata
bahasanya. Oleh karena itu dengan tangan terbuka kami menerima
segala saran dan kritik dari pembaca agar kami dapat memperbaiki
makalah ilmiah ini.
Akhir kata kami berharap semoga makalah ilmiah tentang
sejarah fsikaaan Carnot dan temuan-temuannya ini dapat
memberikan manfaat maupun inspirasi terhadap pembaca.
Banda Aceh, 25 Februari 2016
i
KATA PENGANTAR
i
DAFTAR ISI
ii
BAB 1 PENDAHULUAN
1. LATAR BELAKANG
1
2. RUMUSAN MASALAH
3. TUJUAN
2
2
BAB II PEMBAHASAN : NICOLAS LEONARD SA’DI CARNOT
1. Sejarah Hidup
2. Sejarah Penemuan Konsep
4
3. Pengembangan Konsep
5
4. Termodinamika
5. Mesin kalor
7
6. Siklus Carnot
9
7. Aplikasi Konsep
8. Pengembangan Konsep Kedepan
15
3
5
14
BAB III KESIMPULAN
SARAN
15
ii
DAFTAR PUSTAKA
17
iii
BAB I
PENDAHULUAN
1. LATAR BELAKANG
Dalam mempelajari fsika umumnya orang hanya mempelajari
konsep-konsep yang sudah ada dan telah dikembangkan. Orangoran yang mempelajarinya hanya berfokus bahaa harus
memahami apa yang dipelajarinya. Kecendrungan untuk
mengetahui orang-orang yang merumuskan konsep-konsep yang
dipelajarinya pun hampir tidak pernah dipelajari. Dalam fsika
sangat
banyak
penemu-penemu
maupun
orang
yang
merumuskan konsep-konsep yang kita pelajari sekarang. Salah
satu contohnya adalah neaton dengan konsep-konsepnya pada
benda memberi gerak dan diam, keepler dengan hukum
gravitasinya, dan yang paling fenomenal einstein dengan teori
relativitasnya.
Dalam fsika juga apa yang kita pelajari pun dibagi-bagi
menjadi beberapa cabang fsika. Yang akan kita bahas disini
mengenai fsika klasik dan fsika modern, dalam hal penemupenemunya dan apa yang dirumuskan. Untuk bagian fsika klasik
yang akan dibahas oleh Nicolas Leonard Sa’di Carnot. Mengapa
kita mempelajari beliau? Itu karena biasanya kita seharusnya
tahu pula siapa orang yang menemukan dan merumuskan
konsep yang kita pelajari selama ini di fsika.
Termodinamika adalah ilmu tentang
yang secara spesifk
membahas tentang hubungan antara panas dengan kerja. Energi
dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk lain, baik secara alami
maupun hasil rekayasa teknologi. Selain itu yang ada di alam
semesta
bersifat
kekal,
tidak
dapat
dibangkitkan
atau
dihilangkan, yang terjadi adalah perubahan panas dari satu
bentuk menjadi bentuk lain tanpa ada pengurangan atau
penambahan. Hal ini erat hubungannya dengan
dasar pada
termodinamika.
1
Dengan berkembangnya ilmu pengetahuan dan teknologi,
maka prinsip alamiah dalam berbagai proses termodinamika
direkayasa menjadi berbagai bentuk mekanisme untuk
membantu manusia dalam menjalankan kegiatannya. Mesinmesin transportasi darat, laut, maupun udara merupakan contoh
yang sangat kita kenal dari mesin konversi energi, yang merubah
energi kimia dalam bahan bakar atau sumber energi lain menjadi
energi mekanis dalam bentuk gerak atau perpindahan diatas
permukaan bumi, bahkan sampai di luar angkasa. Dalam
kehidupan sehari-hari banyak penerapan atau aplikasi dari ilmu
termodinamika. Salah satunya adalah aplikasi termodinamika
pada Mesin Carnot.
2. RUMUSAN MASALAH
Sesuai dengan latar belakang diatas yang menjadi rumusan
masalah adalah bagaimana sejarah penemuan-penemuan dan
konsep fsika(fsika klasik) yang di rumuskan oleh Nicolas
Leonard Sa’di Carnot. Termasuk juga keterkaitan dengan
termodinamika, dan salah satu aplikasi dari termodinamika
yaitu mesin Carnot.
3. TUJUAN
Sesuai dengan rumusan masalah di atas maka yang
menjadi tujuan pembahasan makalah ini adalah untuk
mengetahui sejara penemuan-penemuan konsep fsika(fsika
klasik) yang dirumuskan oleh Nicolas Leonard Sa’di Carnot dan
penerapanya di dalam termodinamika.
2
BAB II
PEMBAHASAN
Nicolas Leonard Sa’di Carnot(Fisika klasik)
1. Sejarah Hidup
Nicolas Leonard Sa’di Carnot di Paris
Perancis pada tanggal 1 juni tahun
1796. Ia adalah seorang fsikaaan
perancis. Ayahnya adalah Lazare
Carnot. Seorang ilmuan, peraira, dan
politikus. Nicolas Leonard Sa’di Carnot
dinamai seorang penyair asal persia
Sa’di. Di baaah bimbingan sang ayah
Sadi Carnot mulai menunjukkan bakat
besarnya ia dikirim ke Lycee Charlemagne di Paris guna.
Mempersiapkan diri untuk menghadapi ujian masuk Eciole
Polytechnique, yang terletak di paris. Umur 16 tahun usia
yang minimum masuk Ecole, Carnot mulai belajar di Ecole.
Nama-nama terkenal seperti poisson, Ampere dan Arago
adalah beberapa gurunya. Disini Carnot menjadi satu kelas
dengan chasles yang akan menjadi teman akrab sepanjang
hidupnya. Carnot lulus pada tahun 1814, tetapi sebelum ia
lulus ia menggalang gerakan mahasisaa menentang
kebijakan Napoleon. Setelah lulus, Carnot melanjutkan studi
di Ecole du genie di Metz dan selama dua tahun
mempelajari rekayasa militer.
Tahun
1815
Napoleon
pulang
dari
tempat
penahanannya dan membentuk pemerintah yang lazim
disebut dengan peraturan seratus hari. Napoleon kembali
3
mengangkat Lazare(ayah Nicolas Carnot) menjadi menteri
dalam negeri dan menempatkan Sadi Carnot pada posisi
yang sulit dalam akademi militer karena posisi ayahnya
relatif tinggi. Oktober 1815, Napoleon menderita kekalahan
dan Lazare melarikan diri ke Jerman dan tidak pernah lagi
menginjakkan kakinya ke bumi Perancis lagi.
Nicolas Carnot hidup terlunta-lunta, karir dalam bidang
militer untuk Sadi siring dengan mengungsinya sang
ayahanda ke Jerman. Nasib Sadi makin tak jelas. Pindah dari
satu kota ke kota lain, mencari pekerjaan sesuai dengan
bidangnya, memeriksa persiapan dan peralatan di bentengbenteng, membuat gambar-gambar dan menulis laporan
tidak pernah diperolehnya. Nasibnya tidak membaik karna
semua surat rekomendasinya di anggap sebagai angin lalu
belaka. Tidak puas dengan situasi ini, Sadi memutuskan
untuk memanfaatkan ilmu yang didapat dari pelatihan
dengan mendaftar, sebelum akhirnya diterima untuk
bergabung dalam Korps Staf umum yang berkedudukan di
paris, termasuk di Sorbonne dan Perancis collage. Nicolas
Sadi Carnot meninggal dunia dalam usuia yang relatif muda,
pada usia 36 tahun karna menderita penyakit kolera.
2. Sejarah Penemuan Konsep
Nicolas Carnot menenemukan dan merumuskan hukum
kedua termodinamika dan memberikan model universal
atas mesin panas, sebuah mesin yang mengubah energi
panas ke dalam bentuk energi lain misalnya energi kinetik
(sekarang bernama siklus carnot) atau bisa disebut mesin
carnot. Mesin canot adalah sebuah mesin kalor dengan cara
memindahkan energi dari daerah yang lebih panas ke
daerah yang lebih dingin, dan dalam prosesnya mengubah
sebagian energi menjadi usaha mekanis. Penemuan ini
beraaal dari ketertarikan dari Nicolas Carnot dengan mesin
uap, pada saat Sadi menengok ayahnya pada tahun 1821 di
Magdeburg. Adiknya Hippolyte Carnot, tinggal bersama
sang ayah. Pertemuan ayah dengan anaknya ini, selain
melepas rindu juga banyak berdiskusi tentang mesin uap.
Mesin uap dari revolusi industri Inggris mulai menjamur.
Sepulang dari reuni ini, sadi dengan penuh antusias
4
berusaha mengembangkan teori tentang mesin uap.
Sesampainya di Paris, Sadi sudah fokus dengan cita-citanya
yaitu memulai dengan mengerjakan teori tentang
kalor(panas)
dan
membantu
menjabarkan
teori
termodinamika modern. Apa yang ada di otak Sadi adalah
bagaimana merancang mesin uap dengan baik? Tenaga uap
mempunyai banyak manfaat : Mengeringkan air dalam
pertambangan, mengangkat air dari sungai untuk irigasi,
menggiling biji-bijian, memintal benang tapi saat itu belum
efesien. Jaman ini mesin-mesin uap masih diimpor dari
Inggris karena belum ada insinyur dan designer mesin
Perancis yang memahaminya. Mesin-mesin buatan Inggris
sudah dilengkapi dengan spesifksi : Jenis/tipe mesin, mesin
tekanan tinggi/rendah.
3. Pengembangan Konsep
Mesin Carnot adalah mesin kalor hipotesis yang
beroprasi dalam suatu siklus reversible yang disebut siklus
Carnot. Model dasar mesin ini dirancang oleh Nicolas
Leonard Sadi Carnot, seorang insinyur militer perancis pada
tahun 1824. Mesin model Carnot kemudian dikembangkan
secara grafs oleh Emile Clapeyron, dan diuraikan secara
matematis oleh Rudolf Clausiusdan Clapeyron. Setiap sistem
termodinamika berada dalam keadaan tertentu. Sebuah
siklus termodinamika terjadi ketika suatu sistem mengalami
rangkaian keadaan-keadaan yang berbeda, dan akhirnya
kembali ke keadaan semula. Dalam melalui proses siklus ini,
sistem tersebut dapat melakukan usaha terhadap
lingkungannya, sehingga disebut mesin kalor.
Sebuah mesin kalor bekerja dengan memindahkan
energi dari daerah yang lebih panas ke daerah yang lebih
dingin, dan dalam prosesnya mengubah sebagian energi
menjadi usaha mekanis. Sistem yang bekerja sebaliknya,
5
dimana gaya eksternal yang dikerjakan pada suatu mesin
kalor dapat menyebabkan proses yang memindahkan
energi panas dari daerah yang lebih dingin ke energi panas.
4. Temodinamika
Aplikasi Thermodinamika
Prinsip dan metode thermodinamika digunakan oleh
para insinyur untuk merancang mesin-mesin pembakaran
internal, pembangkit energi nuklir dan konvensional, sistem
pengondisi udara, sistem penggerak propulasi roket, misil,
pesaaat terbang, kapal, mesin Carnot, sistem magnet dan
listrik dan sistem thermolistrik.
Hukum- Hukum Dasar Termodinamika
Terdapat empat Hukum dasar yang berlaku di dalam
sistem termodinamika, yaitu :
1.
Hukum Awal (Zeroth Laa) Termodinamika
Hukum ini menyatakan bahaa dua sistem
dalam keadaan setimbang dengan sistem ketiga,
maka
ketiganya
dalam
saling
setimbang
satu
dengan lainnya. Hal ini dikarenakan kalor yang
terdapat
bervibrasi,
pada
sistem
partikel
berupa
tersebut
partikel
yang
berpindah
dan
mengalirkan energinya ke partikel disebelahnya.
2.
Hukum Pertama Termodinamika
Hukum ini terkait dengan kekekalan energi.
Hukum ini menyatakan perubahan energi dalam
dari suatu sistem termodinamika tertutup sama
dengan total dari jumlah energi kalor yang disuplai
ke dalam sistem dan kerja yang dilakukan terhadap
sistem.
6
Aliran kalor / kerja (usaha) yang dialami oleh
suatu sistem dapat menyebabkan sistem tersebut
memperoleh atau kehilangan energi, tetap secara
keseluruhan energi itu tidak ada yang hilang, energi
tersebut hanya mengalami perubahan. Hukum I
Thermodinamika:
Untuk setiap proses , apabila kalor Q diberikan
kepada sistem dan sistem melakukan usaha W,
maka selisih energi, Q – W, sama dengan pebahan
energi dalam ∆U dari sistem :
3.
Hukum kedua Termodinamika
Hukum
kedua
thermodinamika
membatasi
perubahan energi mana yang dapat berlangsung
dan perubahan energi mana yang tidak dapat
berlangsung. Pembatasan ini dapat dinyatakan
dengan berbagai cara, yaitu:
1. Rudolf Clasius (1822-1888) menyatakan rumusan
Clasius tentang hukum II thermodinamika dengan
pernyataan aliran kalor.
Kalor mengalir secara spontan dari benda bersuhu
tinggi ke benda bersuhu rendah dan tidak mengalir
secara spontan dalam arah kebalikannya.
2.
Hukum II thermodinamika dinyatakan dalam
entropi:
Total entropi jagad raya tidak berubah ketika proses
reversible terjadi dan bertambah ketika proses
ireversibel terjadi.
3.
Kelvin dan Planck menyatakan rumusan yang
setara sehingga dikenal rumusan Kelvin-Planck
7
tentang hukum thermodinamika tentang mesin
kalor.
Tidak mungkin membuat suatu mesin kalor yang
bekerja dalam suatu siklus yang semata-mata
menyerap
kalor
dari
sebuuah
reservoir
dan
mengubah seluruhnya menjadi usaha luar.
4.
Hukum ketiga Termodinamika
Hukum ketiga termodinamika terkait dengan
temperatur nol absolut. Hukum ini menyatakan
bahaa
pada
temperatur
saat
nol
suatu
absolut,
sistem
semua
mencapai
proses
akan
berhenti dan entropi sistem akan mendekati nilai
minimum. Hukum ini juga menyatakan bahaa
entropi benda berstruktur kristal sempurna pada
temperatur nol absolut bernilai nol.
5. Mesin kalor
Mesin Kalor didefnisikan sebagai alat yang mengubah
kalor menjadi energi mekanis atau lebih tepat suatu
sistem yang bekerja secara terus menerus dan hanya
kalor
dan
usaha
yang
dapat
melalui
permukaan
batasnya.
Beberapa contoh mesin kalor adalah Mesin Carnot, mesin
Brayton, mesin Otto, mesin Rankine, dan mesin diesel.
Pada mesin kalor selalu terdapat dua buah tandon.
Tandon yang memberikan kalor besar disebut tandon
kalor. Sedang tandon lainnya disebut tandon dingin.
Tandon dingin ini berfungsi untuk menyerap kalor dalam
jumlah yang besar tanpa terjadi perubahan panas yang
berarti.
8
Perubahan energi dalam mesin kalor secara skematis
diberikan pada gambar diatas. Lingkaran menggabarkan
mesinnya sendiri. Kalor QP yang diberikan kepada mesin
oleh
tandon
kalor
adalah
sebanding
dengan
luas
penampang pipa. Kalor QD yang terbuang melalui saluran
pembuangan ke tandon dingin berbanding lurus dengan
lua penampang pipa keluar. Sebagian kalor diubah
menjadi kerja mekanis W yang dilukiskan pada pipa
cabang kekanan. Jadi QP adalah kalor yang diserap oleh
mesin dan QD adalah kalor yang dibuang oleh mesin per
siklus. Kalor neto yang diserap adalah:
Ket :
Q : Jumlah kalor (J)
Q = Qp –
QD
Qp : Kalor terima (J)
QD : Kalor
lepas (J)
Kalor yang diserap dari tandon biasanya diperoleh dari
pembakaran bahan bakar. Dengan menggunakan hukum
pertama untuk satu siklus lengkap dan dengan dengan
mengingat tidak ada perubahan neto energi dalam, kita
peroleh:
Ket :
W = Q P – QD
W : Usaha (N)
(Siklus Daya)
Siklus yang menghasilkan kerja neto yang dipindahkan ke
lingkungan pada setiap siklus disebut siklus daya.
Nilai dari efsiensi tidak pernah lebih besar 1 (100%). Pada
mesin aktual, nilai efsiensi selalu kurang dari satu. Hal ini
9
menunjukkan bahaa tidak semua kalor yang diserap diubah
menjadi kerja.
6. Siklus Carnot
Siklus Carnot adalah proses termodinamika yang
dialami oleh zat kerja (aorking substance) pada mesin
Carnot. Siklus ini terdiri atas dua proses isotermal dan dua
proses adiabatik. Pada proses isotermal pertama yang
terjadi pada temperatur lebih tinggi, zat mengalami
ekspansi dan menyarap kalor. Proses isotermal kedua, yang
terjadi pada temperatur rendah, zat mengalami kompresi
dan melepas kalor. Garis isotermal pertama dan kedua
dihubungkan oleh dua proses adiabatik. Adiabatik pertama
zat mengalami ekspansi, sedangkan adiabatik kedua zat
mengalami kompresi.
Siklus Carnot terdiri dari empat tahapan proses,
sebagai berikut:
Proses 1 : Ekspansi isotermal reversible, reversible,
dimana aorking substance berkurang tem Proses Isothermal
pertama pada siklus carnot ini terjadi pada temperatur
tinggi, zat akan mengalami ekspansi dan penyerapan kalor.
Dimana kalor Q1 diserap dari reservoir kalor ( tempat
kalor ) pada temperatur T1 dan sistem bekerja. Reservoir
dengan suhu yang tinggi akan menyentuh dasar silinder dan
jumlah beban di atas piston berkurang. Temperatur sistem
tetap, namun volume sistem bertambah selama proses
berlangsung
Proses 2 : Proses Adiabatik pertama ini terjadi zat
akan mengalami ekspansi
Dimana zat akan mengalami penurunan temperatur
dari T1 menjadi T2 dan sistem bekerja. Tidak ada kalor yang
keluar
atau
berlangsung.
masuk
Tekanan
ke
dalam
gas
sistem
diturunkan
saat
dengan
proses
cara
10
mengurangi beban yang ada di atas piston. Temperatur
sistem akan turun dan volumenya bertambah.
Proses 3 : Kompersi isothermal reversible, dimana
aorking substance
melepaskan kalor Q₂ ke reservoil dingin dengan temperatur
T₂ dan kerja dikenakan terhadap sistem. Proses Isothermal
kedua
ini
terjadi
pada
temperatur
rendah,
zat akan
mengalami kompresi dan kalor akan dilepaskan.
Dimana zat melepaskan kalor Q2 ke reservoir dingin
dengan temperatur
T2 dan sistem dikenai kerja. reservoir dengan suhu 200 K
menyentuh dasar
silinder dan jumlah beban di atas piston bertambah.
Tekanan pada sistem
meningkat, temperaturnya konstan, dan volume sistem
menurun. Dari keadaan 3
ke keadaan 4, sejumlah kalor (Q2) dipindahkan dari gas ke
reservoir suhu rendah
untuk menjaga temperatur sistem agar tetap.
Proses 4 : Kompresi adiabatic reversible, dimana
aorking substance
dikembalikan ke keadaan aaal (semula), temperatur sistem
berubah dari T₂
menjadi T₁ dan kerja dikenakan terhadap sistem.
Dimana zat akan dikembalikan ke keadaan semula,
temperatur sistem akan berubah dari T2 menjadi T1 dan
sistem
dikenai
kerja.
Jumlah
beban
di
atas
piston
bertambah. Tidak ada kalor yang keluar atau masuk ke
dalam sistem selama proses berlangsung, tekanan sistem
meningkat, dan volumenya berkurang.
11
Keempat proses di atas dilukiskan dalam bentuk diagram P
versus V, seperti di baaah ini :
Gambar 1. Grafk siklus carnot
Karena 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 di atas.
Misalnya substansi melakukan kerja aadaalah suatu gas
ideal.
Proses Ekspaansi Isotermal Reversible
Ket :
n : Jumlah mol zat
W1 = -Q1 = -nRT ln
V2/V1
12
R : Tetapan umum gas (8,31 J/molK)
T : Suhu (Kelvin)
V1 : Volume Aaal (Liter)
V 2 : Volume Akhir
(Liter)
Proses Ekspansi Adiabatik Reversibel
Pada proses adiabatik Q=
0, sehingga
W = Cv(T2 – T1).
Dimana T1 > T2
Ket :
CV : Kapasitas kalor
(J/K)
T1
: Suhu aaal
(Kelvin)
T2 : Suhu akhir
(Kelvin)
Proses Kompresi Isotermal Reversible
Dengan menggunakan penjalasan yang mirip dengan
proses ekspansi isotermal reversible, maka diperoleh kerja
pada proses ini adalah :
W3 = -Q2 = -nRT ln V4/V3
Dimana V3 > V4
Proses Kompresi Adiabatik Reversible
Dengan menggunakan penjelasan yang mirip dengan
proses ekspansi adiabatik reversible. Maka diperoleh kerja
untuk proses ini adalah :
W4 = Cv (T1 – T2)
Dimana T1 > T2
13
Total kerja, W yang dilakukan oleh mesin carnot
dalam satu siklus adalah:
W = W1 + W2 + W3 + W4
W = -nRT ln V2/V1 + Cv (T2 – T1) – nRT ln
V4/V3
W = -nRT ln V2/V1 – nRT ln V4/V3
Q₂ berharga
negatif
kaarena V₄.
W = -Q
1 – Q2
Sesuai dengan fakta bahaa kalor ini dilepaskan oleh
sistem. Dengan demikian,
Kerja yang dilakukan oleh mesin adalah selisih antara
kalor yang diserap, Q₁ dengan kalor yang dilepaskan Q₂.
W = -Q + Q2
Atau
-W = Q1 – Q2
Efesiensi mesin carnot, e adalah perbandingan
antara kerja yang dilakukan mesin dengan kalor yang
diserap,Q₁.
e = (Q 1 -Q 2 )/
Q1
= 1 – Q 2 /Q 1
Sejumlah kalor Q₁
diserap dari reservoil kalor yang temperaturnya T₁,
sejumlah kalor Q₂ di lepaskan ke reservoil kalor yang
temperaturnya T₂ dan kerja dilakukan oleh sistem,
demikian seterusnya. Kalor yang ditransfer tergantung
pada beda temperatur antara dua reservoil tersebut.
14
Temperatur
reservoil
ini
disebut
temperatur
termodinamika T. Karena Q₂/Q₁ sebanding dengan
termodinamika dari reservoil, maka efesiensi mesin carnot
dapat dinyatakan sebagai berikut :
Ket :
e : Efsiensi mesin
e = 1 – T2/
T1
Dari hasil yang diperolehnya, Carnot menyampaikan
hasil teoremanya bahaa tidak ada mesin kalor yang
bekerja antara dua reservoil kalor mempunyai efesiensi
lebih besar dari mesin Carnot(ideal) yang bekerja pada
dua reservoil kalor yang sama. Teorema diatas
menunjukkan bahaa mesin kalor yang irrevesible
mempunyai efesiensi lebih rendah dari mesin yang
reversible.
Simpulan dari rumusan efesiensi mesin Carnot :
Semua mesin Carnot yang bekerja pada dua
reservoir yang sama mempunyai efesiensi yang
sama.
Efesiensi mesin kalor tidak tergantung pada
jenis
material(aorking
subtance)
yang
digunakan.
Temperatur termodinamika tidak tergantung
pada jenis material(aorking substance).
7. Aplikasi Konsep
Temuan dari hasil pemikiran Carnot diaplikasikan dalam
berbagai bidang yang kemudian digunakan secara luas
sampai saat ini diantaranya :
Pesaaat pendingin misalnya : kulkas, air
conditioner(AC) yang menggunakan daur kalor
yang menghasilkan kerja terhadap zat.
Motor bakar misalnya : mesin mobil, generator
listrik.
15
Gambar 1
Gambar 2
8. Pengembangan Konsep Kedepan
Mesin Carnot mempunyai beberapa kelemahan
diantaranya :
Terjadinya tekanan yang sangat tinggi dan
volume yang sangat besar karena kenaikan
tekanan terjadi pada saat proses pelepasan
panas.
16
Proses pindah panas dengan menggunakan
gas yaitu sebuah media yang mempunyai
kapasitas panas tertentu dan terbatas.
Dari kelemahan mesin Carnot tersebut diharapkan ada
ilmuan fsika yang menyempurnakan kekurangan pada
mesin Carnot menjadi lebih baik lagi.
BAB III
KESIMPULAN
Dari pembahasan makalah di atas dapat disimpulkan bahaa Nicolas
Sadi Carnot menemukan dan merumuskan hukum kedua
termodinamika dan memberikan model universal atas mesin panas,
sebuah mesin yang mengubah energi panas kedalam bentuk energi
lain, misalnya energi kinetik (sekarang bernama siklus Carnot) atau
biasa disebut mesin Carnot. Maka dapat diambil kesimpulan
Efsiensi mesin carnot dapat ditingkatkan dengan menaikkan
temperatur saat reservoir bertemperatur tinggi , atau menurunkan
temperatur saat reservoir bertemperatur rendah.
SARAN
Semoga dengan adanya makalah yang jauh dari kata sempurna ini
dapat menambah aaaasan bagi pembacanya. Penyusun juga
berharap agar kita semua dapat memahami ilmu alam, salah
satunya fsika. Juga kita dapat mengetahui sejarah para tokoh
fsikaaan dan beragam yang di temukannya.
17
DAFTAR PUSTAKA
Anonym. 2015. Siklus Carnot. Dari http://fsikazone.com/sikluscarnot/. Diakses pada 23 februari 2016.
Anonym.
2015.
Siklus
Carnot.
Dari
http://mtdp.blogspot.co.id/2015/01/siklus-carnot.html. Diakses
pada 23 februari 2016.
Ishaq, Mohammad. 2006. Fisika Dasar. Yogyakarta : Graha Ilmu.
Foster, Bob. 1997. Fisika SMA. Jakarta : Erlangga.
18
19
Dosen BELLA,
Pembimbing
: Drs RAYYAN
Elmi
Mahzum,M.I.T
KELOMP
OK 7
SEJARAH FISIKA
NICOLAS LEONARD SA’DI
CARNOT
(1796-1832 )
Penulis : Bella, Okta, Raiyan,
Yuliza
KATA PENGANTAR
Dengan menyebut nama Allah SWT yang Maha Pengasih lagi
Maha Penyayang, Kami panjatkan puja dan puji syukur atas
kehadirat-Nya, yang telah melimpahkan rahmat, hidayah dan
inayah-Nya kepada kami, sehingga kami dapat menyelesaikan
makalah ilmiah tentang sejarah fsikaaan Carnot dan temuantemuannya.
Makalah ilmiah ini telah kami susun dengan maksimal dan
mendapatkan bantuan dari berbagai pihak sehingga dapat
memperlancar
pembuatan
makalah
ini.
Untuk
itu
kami
mengucapkan banyak terima kasih kepada semua pihak yang telah
berkontribusi dalam pembuatan makalh ini.
Terlepas dari semua itu, Kami menyadari sepenuhnya bahaa
masih ada kekurangan baik dari segi susunan kalimat maupun tata
bahasanya. Oleh karena itu dengan tangan terbuka kami menerima
segala saran dan kritik dari pembaca agar kami dapat memperbaiki
makalah ilmiah ini.
Akhir kata kami berharap semoga makalah ilmiah tentang
sejarah fsikaaan Carnot dan temuan-temuannya ini dapat
memberikan manfaat maupun inspirasi terhadap pembaca.
Banda Aceh, 25 Februari 2016
i
KATA PENGANTAR
i
DAFTAR ISI
ii
BAB 1 PENDAHULUAN
1. LATAR BELAKANG
1
2. RUMUSAN MASALAH
3. TUJUAN
2
2
BAB II PEMBAHASAN : NICOLAS LEONARD SA’DI CARNOT
1. Sejarah Hidup
2. Sejarah Penemuan Konsep
4
3. Pengembangan Konsep
5
4. Termodinamika
5. Mesin kalor
7
6. Siklus Carnot
9
7. Aplikasi Konsep
8. Pengembangan Konsep Kedepan
15
3
5
14
BAB III KESIMPULAN
SARAN
15
ii
DAFTAR PUSTAKA
17
iii
BAB I
PENDAHULUAN
1. LATAR BELAKANG
Dalam mempelajari fsika umumnya orang hanya mempelajari
konsep-konsep yang sudah ada dan telah dikembangkan. Orangoran yang mempelajarinya hanya berfokus bahaa harus
memahami apa yang dipelajarinya. Kecendrungan untuk
mengetahui orang-orang yang merumuskan konsep-konsep yang
dipelajarinya pun hampir tidak pernah dipelajari. Dalam fsika
sangat
banyak
penemu-penemu
maupun
orang
yang
merumuskan konsep-konsep yang kita pelajari sekarang. Salah
satu contohnya adalah neaton dengan konsep-konsepnya pada
benda memberi gerak dan diam, keepler dengan hukum
gravitasinya, dan yang paling fenomenal einstein dengan teori
relativitasnya.
Dalam fsika juga apa yang kita pelajari pun dibagi-bagi
menjadi beberapa cabang fsika. Yang akan kita bahas disini
mengenai fsika klasik dan fsika modern, dalam hal penemupenemunya dan apa yang dirumuskan. Untuk bagian fsika klasik
yang akan dibahas oleh Nicolas Leonard Sa’di Carnot. Mengapa
kita mempelajari beliau? Itu karena biasanya kita seharusnya
tahu pula siapa orang yang menemukan dan merumuskan
konsep yang kita pelajari selama ini di fsika.
Termodinamika adalah ilmu tentang
yang secara spesifk
membahas tentang hubungan antara panas dengan kerja. Energi
dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk lain, baik secara alami
maupun hasil rekayasa teknologi. Selain itu yang ada di alam
semesta
bersifat
kekal,
tidak
dapat
dibangkitkan
atau
dihilangkan, yang terjadi adalah perubahan panas dari satu
bentuk menjadi bentuk lain tanpa ada pengurangan atau
penambahan. Hal ini erat hubungannya dengan
dasar pada
termodinamika.
1
Dengan berkembangnya ilmu pengetahuan dan teknologi,
maka prinsip alamiah dalam berbagai proses termodinamika
direkayasa menjadi berbagai bentuk mekanisme untuk
membantu manusia dalam menjalankan kegiatannya. Mesinmesin transportasi darat, laut, maupun udara merupakan contoh
yang sangat kita kenal dari mesin konversi energi, yang merubah
energi kimia dalam bahan bakar atau sumber energi lain menjadi
energi mekanis dalam bentuk gerak atau perpindahan diatas
permukaan bumi, bahkan sampai di luar angkasa. Dalam
kehidupan sehari-hari banyak penerapan atau aplikasi dari ilmu
termodinamika. Salah satunya adalah aplikasi termodinamika
pada Mesin Carnot.
2. RUMUSAN MASALAH
Sesuai dengan latar belakang diatas yang menjadi rumusan
masalah adalah bagaimana sejarah penemuan-penemuan dan
konsep fsika(fsika klasik) yang di rumuskan oleh Nicolas
Leonard Sa’di Carnot. Termasuk juga keterkaitan dengan
termodinamika, dan salah satu aplikasi dari termodinamika
yaitu mesin Carnot.
3. TUJUAN
Sesuai dengan rumusan masalah di atas maka yang
menjadi tujuan pembahasan makalah ini adalah untuk
mengetahui sejara penemuan-penemuan konsep fsika(fsika
klasik) yang dirumuskan oleh Nicolas Leonard Sa’di Carnot dan
penerapanya di dalam termodinamika.
2
BAB II
PEMBAHASAN
Nicolas Leonard Sa’di Carnot(Fisika klasik)
1. Sejarah Hidup
Nicolas Leonard Sa’di Carnot di Paris
Perancis pada tanggal 1 juni tahun
1796. Ia adalah seorang fsikaaan
perancis. Ayahnya adalah Lazare
Carnot. Seorang ilmuan, peraira, dan
politikus. Nicolas Leonard Sa’di Carnot
dinamai seorang penyair asal persia
Sa’di. Di baaah bimbingan sang ayah
Sadi Carnot mulai menunjukkan bakat
besarnya ia dikirim ke Lycee Charlemagne di Paris guna.
Mempersiapkan diri untuk menghadapi ujian masuk Eciole
Polytechnique, yang terletak di paris. Umur 16 tahun usia
yang minimum masuk Ecole, Carnot mulai belajar di Ecole.
Nama-nama terkenal seperti poisson, Ampere dan Arago
adalah beberapa gurunya. Disini Carnot menjadi satu kelas
dengan chasles yang akan menjadi teman akrab sepanjang
hidupnya. Carnot lulus pada tahun 1814, tetapi sebelum ia
lulus ia menggalang gerakan mahasisaa menentang
kebijakan Napoleon. Setelah lulus, Carnot melanjutkan studi
di Ecole du genie di Metz dan selama dua tahun
mempelajari rekayasa militer.
Tahun
1815
Napoleon
pulang
dari
tempat
penahanannya dan membentuk pemerintah yang lazim
disebut dengan peraturan seratus hari. Napoleon kembali
3
mengangkat Lazare(ayah Nicolas Carnot) menjadi menteri
dalam negeri dan menempatkan Sadi Carnot pada posisi
yang sulit dalam akademi militer karena posisi ayahnya
relatif tinggi. Oktober 1815, Napoleon menderita kekalahan
dan Lazare melarikan diri ke Jerman dan tidak pernah lagi
menginjakkan kakinya ke bumi Perancis lagi.
Nicolas Carnot hidup terlunta-lunta, karir dalam bidang
militer untuk Sadi siring dengan mengungsinya sang
ayahanda ke Jerman. Nasib Sadi makin tak jelas. Pindah dari
satu kota ke kota lain, mencari pekerjaan sesuai dengan
bidangnya, memeriksa persiapan dan peralatan di bentengbenteng, membuat gambar-gambar dan menulis laporan
tidak pernah diperolehnya. Nasibnya tidak membaik karna
semua surat rekomendasinya di anggap sebagai angin lalu
belaka. Tidak puas dengan situasi ini, Sadi memutuskan
untuk memanfaatkan ilmu yang didapat dari pelatihan
dengan mendaftar, sebelum akhirnya diterima untuk
bergabung dalam Korps Staf umum yang berkedudukan di
paris, termasuk di Sorbonne dan Perancis collage. Nicolas
Sadi Carnot meninggal dunia dalam usuia yang relatif muda,
pada usia 36 tahun karna menderita penyakit kolera.
2. Sejarah Penemuan Konsep
Nicolas Carnot menenemukan dan merumuskan hukum
kedua termodinamika dan memberikan model universal
atas mesin panas, sebuah mesin yang mengubah energi
panas ke dalam bentuk energi lain misalnya energi kinetik
(sekarang bernama siklus carnot) atau bisa disebut mesin
carnot. Mesin canot adalah sebuah mesin kalor dengan cara
memindahkan energi dari daerah yang lebih panas ke
daerah yang lebih dingin, dan dalam prosesnya mengubah
sebagian energi menjadi usaha mekanis. Penemuan ini
beraaal dari ketertarikan dari Nicolas Carnot dengan mesin
uap, pada saat Sadi menengok ayahnya pada tahun 1821 di
Magdeburg. Adiknya Hippolyte Carnot, tinggal bersama
sang ayah. Pertemuan ayah dengan anaknya ini, selain
melepas rindu juga banyak berdiskusi tentang mesin uap.
Mesin uap dari revolusi industri Inggris mulai menjamur.
Sepulang dari reuni ini, sadi dengan penuh antusias
4
berusaha mengembangkan teori tentang mesin uap.
Sesampainya di Paris, Sadi sudah fokus dengan cita-citanya
yaitu memulai dengan mengerjakan teori tentang
kalor(panas)
dan
membantu
menjabarkan
teori
termodinamika modern. Apa yang ada di otak Sadi adalah
bagaimana merancang mesin uap dengan baik? Tenaga uap
mempunyai banyak manfaat : Mengeringkan air dalam
pertambangan, mengangkat air dari sungai untuk irigasi,
menggiling biji-bijian, memintal benang tapi saat itu belum
efesien. Jaman ini mesin-mesin uap masih diimpor dari
Inggris karena belum ada insinyur dan designer mesin
Perancis yang memahaminya. Mesin-mesin buatan Inggris
sudah dilengkapi dengan spesifksi : Jenis/tipe mesin, mesin
tekanan tinggi/rendah.
3. Pengembangan Konsep
Mesin Carnot adalah mesin kalor hipotesis yang
beroprasi dalam suatu siklus reversible yang disebut siklus
Carnot. Model dasar mesin ini dirancang oleh Nicolas
Leonard Sadi Carnot, seorang insinyur militer perancis pada
tahun 1824. Mesin model Carnot kemudian dikembangkan
secara grafs oleh Emile Clapeyron, dan diuraikan secara
matematis oleh Rudolf Clausiusdan Clapeyron. Setiap sistem
termodinamika berada dalam keadaan tertentu. Sebuah
siklus termodinamika terjadi ketika suatu sistem mengalami
rangkaian keadaan-keadaan yang berbeda, dan akhirnya
kembali ke keadaan semula. Dalam melalui proses siklus ini,
sistem tersebut dapat melakukan usaha terhadap
lingkungannya, sehingga disebut mesin kalor.
Sebuah mesin kalor bekerja dengan memindahkan
energi dari daerah yang lebih panas ke daerah yang lebih
dingin, dan dalam prosesnya mengubah sebagian energi
menjadi usaha mekanis. Sistem yang bekerja sebaliknya,
5
dimana gaya eksternal yang dikerjakan pada suatu mesin
kalor dapat menyebabkan proses yang memindahkan
energi panas dari daerah yang lebih dingin ke energi panas.
4. Temodinamika
Aplikasi Thermodinamika
Prinsip dan metode thermodinamika digunakan oleh
para insinyur untuk merancang mesin-mesin pembakaran
internal, pembangkit energi nuklir dan konvensional, sistem
pengondisi udara, sistem penggerak propulasi roket, misil,
pesaaat terbang, kapal, mesin Carnot, sistem magnet dan
listrik dan sistem thermolistrik.
Hukum- Hukum Dasar Termodinamika
Terdapat empat Hukum dasar yang berlaku di dalam
sistem termodinamika, yaitu :
1.
Hukum Awal (Zeroth Laa) Termodinamika
Hukum ini menyatakan bahaa dua sistem
dalam keadaan setimbang dengan sistem ketiga,
maka
ketiganya
dalam
saling
setimbang
satu
dengan lainnya. Hal ini dikarenakan kalor yang
terdapat
bervibrasi,
pada
sistem
partikel
berupa
tersebut
partikel
yang
berpindah
dan
mengalirkan energinya ke partikel disebelahnya.
2.
Hukum Pertama Termodinamika
Hukum ini terkait dengan kekekalan energi.
Hukum ini menyatakan perubahan energi dalam
dari suatu sistem termodinamika tertutup sama
dengan total dari jumlah energi kalor yang disuplai
ke dalam sistem dan kerja yang dilakukan terhadap
sistem.
6
Aliran kalor / kerja (usaha) yang dialami oleh
suatu sistem dapat menyebabkan sistem tersebut
memperoleh atau kehilangan energi, tetap secara
keseluruhan energi itu tidak ada yang hilang, energi
tersebut hanya mengalami perubahan. Hukum I
Thermodinamika:
Untuk setiap proses , apabila kalor Q diberikan
kepada sistem dan sistem melakukan usaha W,
maka selisih energi, Q – W, sama dengan pebahan
energi dalam ∆U dari sistem :
3.
Hukum kedua Termodinamika
Hukum
kedua
thermodinamika
membatasi
perubahan energi mana yang dapat berlangsung
dan perubahan energi mana yang tidak dapat
berlangsung. Pembatasan ini dapat dinyatakan
dengan berbagai cara, yaitu:
1. Rudolf Clasius (1822-1888) menyatakan rumusan
Clasius tentang hukum II thermodinamika dengan
pernyataan aliran kalor.
Kalor mengalir secara spontan dari benda bersuhu
tinggi ke benda bersuhu rendah dan tidak mengalir
secara spontan dalam arah kebalikannya.
2.
Hukum II thermodinamika dinyatakan dalam
entropi:
Total entropi jagad raya tidak berubah ketika proses
reversible terjadi dan bertambah ketika proses
ireversibel terjadi.
3.
Kelvin dan Planck menyatakan rumusan yang
setara sehingga dikenal rumusan Kelvin-Planck
7
tentang hukum thermodinamika tentang mesin
kalor.
Tidak mungkin membuat suatu mesin kalor yang
bekerja dalam suatu siklus yang semata-mata
menyerap
kalor
dari
sebuuah
reservoir
dan
mengubah seluruhnya menjadi usaha luar.
4.
Hukum ketiga Termodinamika
Hukum ketiga termodinamika terkait dengan
temperatur nol absolut. Hukum ini menyatakan
bahaa
pada
temperatur
saat
nol
suatu
absolut,
sistem
semua
mencapai
proses
akan
berhenti dan entropi sistem akan mendekati nilai
minimum. Hukum ini juga menyatakan bahaa
entropi benda berstruktur kristal sempurna pada
temperatur nol absolut bernilai nol.
5. Mesin kalor
Mesin Kalor didefnisikan sebagai alat yang mengubah
kalor menjadi energi mekanis atau lebih tepat suatu
sistem yang bekerja secara terus menerus dan hanya
kalor
dan
usaha
yang
dapat
melalui
permukaan
batasnya.
Beberapa contoh mesin kalor adalah Mesin Carnot, mesin
Brayton, mesin Otto, mesin Rankine, dan mesin diesel.
Pada mesin kalor selalu terdapat dua buah tandon.
Tandon yang memberikan kalor besar disebut tandon
kalor. Sedang tandon lainnya disebut tandon dingin.
Tandon dingin ini berfungsi untuk menyerap kalor dalam
jumlah yang besar tanpa terjadi perubahan panas yang
berarti.
8
Perubahan energi dalam mesin kalor secara skematis
diberikan pada gambar diatas. Lingkaran menggabarkan
mesinnya sendiri. Kalor QP yang diberikan kepada mesin
oleh
tandon
kalor
adalah
sebanding
dengan
luas
penampang pipa. Kalor QD yang terbuang melalui saluran
pembuangan ke tandon dingin berbanding lurus dengan
lua penampang pipa keluar. Sebagian kalor diubah
menjadi kerja mekanis W yang dilukiskan pada pipa
cabang kekanan. Jadi QP adalah kalor yang diserap oleh
mesin dan QD adalah kalor yang dibuang oleh mesin per
siklus. Kalor neto yang diserap adalah:
Ket :
Q : Jumlah kalor (J)
Q = Qp –
QD
Qp : Kalor terima (J)
QD : Kalor
lepas (J)
Kalor yang diserap dari tandon biasanya diperoleh dari
pembakaran bahan bakar. Dengan menggunakan hukum
pertama untuk satu siklus lengkap dan dengan dengan
mengingat tidak ada perubahan neto energi dalam, kita
peroleh:
Ket :
W = Q P – QD
W : Usaha (N)
(Siklus Daya)
Siklus yang menghasilkan kerja neto yang dipindahkan ke
lingkungan pada setiap siklus disebut siklus daya.
Nilai dari efsiensi tidak pernah lebih besar 1 (100%). Pada
mesin aktual, nilai efsiensi selalu kurang dari satu. Hal ini
9
menunjukkan bahaa tidak semua kalor yang diserap diubah
menjadi kerja.
6. Siklus Carnot
Siklus Carnot adalah proses termodinamika yang
dialami oleh zat kerja (aorking substance) pada mesin
Carnot. Siklus ini terdiri atas dua proses isotermal dan dua
proses adiabatik. Pada proses isotermal pertama yang
terjadi pada temperatur lebih tinggi, zat mengalami
ekspansi dan menyarap kalor. Proses isotermal kedua, yang
terjadi pada temperatur rendah, zat mengalami kompresi
dan melepas kalor. Garis isotermal pertama dan kedua
dihubungkan oleh dua proses adiabatik. Adiabatik pertama
zat mengalami ekspansi, sedangkan adiabatik kedua zat
mengalami kompresi.
Siklus Carnot terdiri dari empat tahapan proses,
sebagai berikut:
Proses 1 : Ekspansi isotermal reversible, reversible,
dimana aorking substance berkurang tem Proses Isothermal
pertama pada siklus carnot ini terjadi pada temperatur
tinggi, zat akan mengalami ekspansi dan penyerapan kalor.
Dimana kalor Q1 diserap dari reservoir kalor ( tempat
kalor ) pada temperatur T1 dan sistem bekerja. Reservoir
dengan suhu yang tinggi akan menyentuh dasar silinder dan
jumlah beban di atas piston berkurang. Temperatur sistem
tetap, namun volume sistem bertambah selama proses
berlangsung
Proses 2 : Proses Adiabatik pertama ini terjadi zat
akan mengalami ekspansi
Dimana zat akan mengalami penurunan temperatur
dari T1 menjadi T2 dan sistem bekerja. Tidak ada kalor yang
keluar
atau
berlangsung.
masuk
Tekanan
ke
dalam
gas
sistem
diturunkan
saat
dengan
proses
cara
10
mengurangi beban yang ada di atas piston. Temperatur
sistem akan turun dan volumenya bertambah.
Proses 3 : Kompersi isothermal reversible, dimana
aorking substance
melepaskan kalor Q₂ ke reservoil dingin dengan temperatur
T₂ dan kerja dikenakan terhadap sistem. Proses Isothermal
kedua
ini
terjadi
pada
temperatur
rendah,
zat akan
mengalami kompresi dan kalor akan dilepaskan.
Dimana zat melepaskan kalor Q2 ke reservoir dingin
dengan temperatur
T2 dan sistem dikenai kerja. reservoir dengan suhu 200 K
menyentuh dasar
silinder dan jumlah beban di atas piston bertambah.
Tekanan pada sistem
meningkat, temperaturnya konstan, dan volume sistem
menurun. Dari keadaan 3
ke keadaan 4, sejumlah kalor (Q2) dipindahkan dari gas ke
reservoir suhu rendah
untuk menjaga temperatur sistem agar tetap.
Proses 4 : Kompresi adiabatic reversible, dimana
aorking substance
dikembalikan ke keadaan aaal (semula), temperatur sistem
berubah dari T₂
menjadi T₁ dan kerja dikenakan terhadap sistem.
Dimana zat akan dikembalikan ke keadaan semula,
temperatur sistem akan berubah dari T2 menjadi T1 dan
sistem
dikenai
kerja.
Jumlah
beban
di
atas
piston
bertambah. Tidak ada kalor yang keluar atau masuk ke
dalam sistem selama proses berlangsung, tekanan sistem
meningkat, dan volumenya berkurang.
11
Keempat proses di atas dilukiskan dalam bentuk diagram P
versus V, seperti di baaah ini :
Gambar 1. Grafk siklus carnot
Karena 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 di atas.
Misalnya substansi melakukan kerja aadaalah suatu gas
ideal.
Proses Ekspaansi Isotermal Reversible
Ket :
n : Jumlah mol zat
W1 = -Q1 = -nRT ln
V2/V1
12
R : Tetapan umum gas (8,31 J/molK)
T : Suhu (Kelvin)
V1 : Volume Aaal (Liter)
V 2 : Volume Akhir
(Liter)
Proses Ekspansi Adiabatik Reversibel
Pada proses adiabatik Q=
0, sehingga
W = Cv(T2 – T1).
Dimana T1 > T2
Ket :
CV : Kapasitas kalor
(J/K)
T1
: Suhu aaal
(Kelvin)
T2 : Suhu akhir
(Kelvin)
Proses Kompresi Isotermal Reversible
Dengan menggunakan penjalasan yang mirip dengan
proses ekspansi isotermal reversible, maka diperoleh kerja
pada proses ini adalah :
W3 = -Q2 = -nRT ln V4/V3
Dimana V3 > V4
Proses Kompresi Adiabatik Reversible
Dengan menggunakan penjelasan yang mirip dengan
proses ekspansi adiabatik reversible. Maka diperoleh kerja
untuk proses ini adalah :
W4 = Cv (T1 – T2)
Dimana T1 > T2
13
Total kerja, W yang dilakukan oleh mesin carnot
dalam satu siklus adalah:
W = W1 + W2 + W3 + W4
W = -nRT ln V2/V1 + Cv (T2 – T1) – nRT ln
V4/V3
W = -nRT ln V2/V1 – nRT ln V4/V3
Q₂ berharga
negatif
kaarena V₄.
W = -Q
1 – Q2
Sesuai dengan fakta bahaa kalor ini dilepaskan oleh
sistem. Dengan demikian,
Kerja yang dilakukan oleh mesin adalah selisih antara
kalor yang diserap, Q₁ dengan kalor yang dilepaskan Q₂.
W = -Q + Q2
Atau
-W = Q1 – Q2
Efesiensi mesin carnot, e adalah perbandingan
antara kerja yang dilakukan mesin dengan kalor yang
diserap,Q₁.
e = (Q 1 -Q 2 )/
Q1
= 1 – Q 2 /Q 1
Sejumlah kalor Q₁
diserap dari reservoil kalor yang temperaturnya T₁,
sejumlah kalor Q₂ di lepaskan ke reservoil kalor yang
temperaturnya T₂ dan kerja dilakukan oleh sistem,
demikian seterusnya. Kalor yang ditransfer tergantung
pada beda temperatur antara dua reservoil tersebut.
14
Temperatur
reservoil
ini
disebut
temperatur
termodinamika T. Karena Q₂/Q₁ sebanding dengan
termodinamika dari reservoil, maka efesiensi mesin carnot
dapat dinyatakan sebagai berikut :
Ket :
e : Efsiensi mesin
e = 1 – T2/
T1
Dari hasil yang diperolehnya, Carnot menyampaikan
hasil teoremanya bahaa tidak ada mesin kalor yang
bekerja antara dua reservoil kalor mempunyai efesiensi
lebih besar dari mesin Carnot(ideal) yang bekerja pada
dua reservoil kalor yang sama. Teorema diatas
menunjukkan bahaa mesin kalor yang irrevesible
mempunyai efesiensi lebih rendah dari mesin yang
reversible.
Simpulan dari rumusan efesiensi mesin Carnot :
Semua mesin Carnot yang bekerja pada dua
reservoir yang sama mempunyai efesiensi yang
sama.
Efesiensi mesin kalor tidak tergantung pada
jenis
material(aorking
subtance)
yang
digunakan.
Temperatur termodinamika tidak tergantung
pada jenis material(aorking substance).
7. Aplikasi Konsep
Temuan dari hasil pemikiran Carnot diaplikasikan dalam
berbagai bidang yang kemudian digunakan secara luas
sampai saat ini diantaranya :
Pesaaat pendingin misalnya : kulkas, air
conditioner(AC) yang menggunakan daur kalor
yang menghasilkan kerja terhadap zat.
Motor bakar misalnya : mesin mobil, generator
listrik.
15
Gambar 1
Gambar 2
8. Pengembangan Konsep Kedepan
Mesin Carnot mempunyai beberapa kelemahan
diantaranya :
Terjadinya tekanan yang sangat tinggi dan
volume yang sangat besar karena kenaikan
tekanan terjadi pada saat proses pelepasan
panas.
16
Proses pindah panas dengan menggunakan
gas yaitu sebuah media yang mempunyai
kapasitas panas tertentu dan terbatas.
Dari kelemahan mesin Carnot tersebut diharapkan ada
ilmuan fsika yang menyempurnakan kekurangan pada
mesin Carnot menjadi lebih baik lagi.
BAB III
KESIMPULAN
Dari pembahasan makalah di atas dapat disimpulkan bahaa Nicolas
Sadi Carnot menemukan dan merumuskan hukum kedua
termodinamika dan memberikan model universal atas mesin panas,
sebuah mesin yang mengubah energi panas kedalam bentuk energi
lain, misalnya energi kinetik (sekarang bernama siklus Carnot) atau
biasa disebut mesin Carnot. Maka dapat diambil kesimpulan
Efsiensi mesin carnot dapat ditingkatkan dengan menaikkan
temperatur saat reservoir bertemperatur tinggi , atau menurunkan
temperatur saat reservoir bertemperatur rendah.
SARAN
Semoga dengan adanya makalah yang jauh dari kata sempurna ini
dapat menambah aaaasan bagi pembacanya. Penyusun juga
berharap agar kita semua dapat memahami ilmu alam, salah
satunya fsika. Juga kita dapat mengetahui sejarah para tokoh
fsikaaan dan beragam yang di temukannya.
17
DAFTAR PUSTAKA
Anonym. 2015. Siklus Carnot. Dari http://fsikazone.com/sikluscarnot/. Diakses pada 23 februari 2016.
Anonym.
2015.
Siklus
Carnot.
Dari
http://mtdp.blogspot.co.id/2015/01/siklus-carnot.html. Diakses
pada 23 februari 2016.
Ishaq, Mohammad. 2006. Fisika Dasar. Yogyakarta : Graha Ilmu.
Foster, Bob. 1997. Fisika SMA. Jakarta : Erlangga.
18
19