Pengertian Siklus Carnot

SIKLUS CARNOT 

Siklus Carnot adalah proses termodinamik yang dialami oleh zat kerja (working 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 menyerap kalor. 

{tocify} $title={Daftar Isi Artikel}

Proses isotermal kedua, yang terjadi pada temperatur rendah, zat mengalami kompresi dan melepas kalor. Garis isotermal pertama dan kedua dihubungkan oleh dua proses adibatik. adiabatik pertama zat mengalami ekspansi, sedangkan adibatik kedua zat mengalami kompresi

Siklus carnot  terdiri dari 4 tahapan proses, sebagai berikut.

1.   Proses 1. Ekspansi isothermal reversible, dimana material ( working  substance) menyerap kalor Q₁ dari reservoir kalor pada temperature T₁ dan sistem melakukan kerja.

2.  Ptoses 2. Ekspansi adiabatic reversible, dimana working substance berkurang temperaturnya dari T₁ menjadi T₂ dan sistem melakukan kerja.

3.     Prosses 3. Kompresi isothermal reversible, dimana working substance melepaskan kalor Q₂ ke reservoir dingin dengan tempertaur T₂ dan kerja dikenakan terhadap sistem.

4.     Proses 4. Kompresi adiabatic reversible, dimana working substance dikembalikan ke keadaan awal (semula), temperature sistem berubah dari T₂ menjadi T₁ dan kerja dikenakan terhadap sistem.

Keempat proses di atas dapat dilukiskan dalam bentuk diagram P versus V, seperti di bawah ini:

Gambar - Grafik 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 diatas. Misalnya substansi melakukan kerja adalah suatu gas ideal.

Baca Juga : Pengujian Fatik

Proses Ekspansi Isotermal Reversible

dU = đ Qrev – PdV atau dU = đ Qrev + dW Proses Isotermal dU = 0, sehingga

- đ W = đ Qrev = PdV

 = -Q₁ = -nRT ln V₂/V₁

  Proses Ekspansi Adiabatik Reversibel

Pada proses adiabatic Q = 0, sehingga;

dU = đ W = -PdV

đ W = C_v(T₂-T₁), dimana T₁>T₂

C_v = kapasitas panas pada volume tetap

 Proses Kompresi Isotermal Reversibel

Dengan menggunakan penjelasan yang mirip dengan proses ekspansi isotermal reversibel, maka diperoleh kerja pada proses ini adalah:

W₃ = -Q₂ = -nRT ln V₄/V₃, dimana V₃>V₄

 Proses Kompresi Adiabatik Reversibel

Dengan menggunakan penjelasan yang mirip dengan proses ekspansi adiabatik reversibel. Maka diperoleh kerja untuk proses ini adalah :

W₄ = C_v (T₁-T₂), dimana T₁>T₂

Total kerja, W yang dilakukan oleh mesin carnot dalam satu siklus adalah

W = W₁ + W₂ + W₃ + W₄

W = -nRT ln V₂/V₁ + C_v (T₂-T₁) – nRT ln V₄/V₃ + C_v (T₁-T₂)

W = -nRT ln V₂/V₁ – nRT ln V₄/V₃

W = -Q₁ – Q₂

Q₂ berharga negatif karena V₄<V_3. Sesuai dengan fakta bahwa kalor ini dilepaskan oleh sistem. Dengan demikian,

W = - Q₁ + Q₂  atau –W = Q₁ - Q₂

Kerja yang dilakukan oleh mesin adalah selisih antara kalor yang diserap, Q₁ dengan kalor yang dilepaskan Q_2.

Efisiensi mesin carnot, η adalah perbandingan antara kerja yang dilakukan mesin dengan kalor yang diserap, Q₁.

η = -W/Q₁

η = (Q₁-Q₂)/Q₁ = 1-Q₂/Q₁

Gambar - Mekanisme Kerja Siklus Carnot pada Gas Ideal

Sejumlah kalor Q₁ diserap dari reservoir kalor yang temperaturenya T_­1, sejumlah kalor Q₂ dilepaskan ke reservoir kalor yang temperaturnya T₂ dan kerja dilakukan oleh sistem, demikian seterusnya. 

Baca Juga : GAS IDEAL

Kalor yang ditransfer tergantung pada beda temperatur antara dua reservoir tersebut. Temperatur reservoir ini disebut temperatur termodinamika T. karena Q₂/Q₁ sebanding dengan temperatur termodinamika dari reservoir, maka efisiensi mesin Carnot dapat dinyatakan sebagai berikut:

η = 1-T₂/T₁

Dari hasil yang diperolehnya, Carnot menyampaikan hasil teoremanya bahwa tidak ada mesin kalor yang bekerja antara dua reservoir kalor mempunyai efisiensi lebih besar dari mesin Carnot (ideal) yang bekerja pada dua reservoir kalor yang sama. Teorema diatas menunjukkan bahwa mesin kalor yang irreversibel mempunyai efisiensi lebih rendah dari mesin reversibel.

Simpulan dari rumusan efisiensi mesin carnot:

1. Semua mesin carnot yang bekerja pada dua reservoir kalor yang sama mempunyai efisiensi yang sama
2.  Efisiensi mesin kalor tidak tergantung pada jenis material (working substance) yang digunakan
3. Temperatur termodinamika tidak tergantung pada jenis material (working substance)

Baca juga :

Go to Link

Mau donasi lewat mana?

Bank Transfer Donate with Paypal

BANK BNI - An.mechanical engineering / Rek - 2345xxx
Gopay-

Traktir creator minum kopi dengan cara memberi sedikit donasi. klik icon panah di atas