Efisiensi (daya guna mesin)
Dalam hukum II Termodinamika akan dibahas perubahan kalor menjadi energi mekanik melalui sebuah mesin, dan ternyata belum ada sebuah mesinpun yang dapat mengubah sejumlah kalor menjadi energi mekanik seluruhnya.
Sebuah mesin diberi energi berupa kalor Q1 pada suhu tinggi T1, sehingga mesin melakukan usaha mekanik W. Energi yang dibuang berupa kalor Q2 pada suhu T2, maka effisiensi mesin adalah :
Menurut Carnot untuk effisiensi mesin carnot berlaku pula :
Sebenarnya tidak ada mesin yang mempunyai effisiensi 100 % dan dalam praktek effisiensi mesin kurang dari 50 %.
LATIHAN SOAL
1. Sebuah mesin Carnot yang reservoir suhu tingginya pada 127 oC menyerap 100 kalori dalam tiap-tiap siklus pada suhu ini dan mengeluarkan 80 kalori ke reservoir suhu rendah. Tentukanlah suhu reservoir terakhir ini.
2. Berapakah effisiensi suatu mesin yang menerima 200 kalori dari sebuah reservoir bersuhu 400 oK dan melepaskan 175 kalori ke sebuah reservoir lain yang bersuhu 320 oK. Jika mesin tersebut merupakan mesin carnot berapakah effisiensinya.
3. Hitunglah effisiensi ideal dari suatu mesin Carnot yang bekerja antara 100 oC dan 400 oC.
4. Sebuah mesin carnot yang menggunakan reservoir suhu rendah pada 7 oC, daya gunanya 40 %. Kemudian daya gunanya diperbesar 50 %. Berapakah reservoir suhu tingginya harus dinaikkan.
5. Mesin Carnot bekerja di antara dua reservoir panas yang bersuhu 400 oK dan 300oK. Jika dalam tiap siklus, mesin menyerap panas sebanyak 1.200 kalori dari reservoir yang bersuhu 400 oK, maka berapakah panas yang dikeluarkan ke reservoir yang bersuhu 300 oK.
6. Sebuah mesin carnot bekerja diantara 450 oC dan 50oC. Berapakah effisiensinya ?
----o0o-----
PERUMUSAN KELVIN-PLANK
PERUMUSAN KELVIN-PLANK
TENTANG HUKUM II TERMODINAMIKA
Pada dasarnya perumusan antara Kelvin dan Plank mengenai suatu hal yang sama, sehingga perumusan keduanya dapat digabungkan dan sering disebut : Perumusan Kelvin-Plank Tentang Hukum Ii Termodinamika.
Perumusan Kelvin-Plank secara sederhana dapat dinyatakan sebagai berikut :
“Tidak Mungkin Membuat Pesawat Yang Kerjanya
Semata-Mata Menyerap Kalor Dari Sebuah Reservoir
Dan Mengubahnya Menjadi Usaha”
Sebagai contoh marilah kita perhatikan proses yang sebenarnya terjadi pada motor bakar dan motor bensin.
- Mula-mula campuran uap bensin dan udara dimasukkan ke dalam silinder dengan cara menarik penghisap.
- Kemudian penghisap ditekan, dengan demikian campuran tadi dimampatkan sehingga temperatur dan tekanannya naik.
- Campuran tadi kemudian dibakar dengan loncatan bunga api listrik. Proses pembakaran ini menghasilkan campuran dengan temperatur dan tekanan yang sangat tingi, sehinga volume campuran tetap (proses isokhorik)
- Hasil pembakaran tadi mengembang, mendorong penghisap, sedangkan tekanan dan temperaturnya turun, tetapi masih lebih tinggi dari tekanan dan temperatur di luar.
- Katub terbuka, sehingga sebagian campuran itu ada yang keluar sedangkan penghisap masih tetap ditempatnya.
- Akhirnya penghisap mendorong hampir seluruhnya campuran hasil pembakaran itu keluar.
PERUMUSAN CLAUSIUS
TENTANG HUKUM II TERMODINAMIKA.
Perumusan Clausius tentang hukum II Termodinamika secara sederhana dapat diungkapkan sebagai berikut :
“Tidak Mungkin Membuat Pesawat Yang Kerjanya Hanya Menyerap Dari Reservoir Bertemperatur Rendah Dan Memindahkan Kalor Itu Ke Reservoir Yang Bersuhu Tinggi, Tanpa Disertai Perubahan Lain.
Sebagai contoh marilah kita lihat proses pada lemari pendingin (lemari es) yang bagannya pada gambar di bawah ini.
- Zat cair di dalam wadahnya pada tekanan tinggi harus melalui saluran yang sempit, menuju ke ruang yang lapang (Avoporator). Proses ini disebut : Proses Joule-Kelvin.
- Tiba di ruang yang lapang, temperatur dan tekanan zat cair tadi berkurang, dan zat cair juga menguap. Untuk menguap maka zat cair ini memerlukan kalor yang diserap dari reservoir T2 (suhu reservoir dingin = suhu benda yang akan didinginkan).
- Kemudian uap pada tekanan rendah ini masuk ke dalam kompresor, dimampatkan, sehingga tekanannya dan temperaturnya naik. Temperatur uap ini lebih tingi dari temperatur reservoir T1 (temperatur suhu tingi) dan T1 > T2
- Di dalam kondensor uap ini memberikan kalor pada reservoir T1. Sebagai reservoir T1 dapat digunakan udara dalam kamar atau air. Zat yang sering dipakai pada pesawat pendingin adalah : Amoniak. Pada proses ini selain pemindahan kalor dari reservoir dingin T2 ke reservoir T1, terjadi pula perubahan usaha menjadi kalor yang ikut dibuang di T1.
KUNCI JAWABAN.
Kalor Jenis Gas.
1. 6,5 x 102 joule/kg 0K
9,1 x102 J/kg 0K
2. a) 6,2 x 102 J/kg 0K
1,03 x 102 J/kg 0K
b) 1,03 x 104 J/kg 0K
1,44 x 104 J/kg 0K
3. 1,04 x 103 J/kg 0K
4. 3,13 x 102 J/kg 0K
5. 9,73 x 102 J/kg 0K
Hukum I Termodinamika
Untuk Proses Isobarik.
1. W = 0,0671 J; D U = 2389,7329 J
2. W = 68,3 J; D U =2,259932 x 106 J
3. a) Q = 6,23775 x105 J
b) D U = 4,45554 x105 J
c) W = 1,78221 x105 J
4. a) D U = 20,767 J
b) W = 9,0668 J
Hukum I Termodinamika
Untuk Proses Isokhorik ( Isovolumik )
1. a) W = 0
b)
c)
2. 
3. 
4. a) W=0
b)
Hukum I Termodinamika
Untuk Proses Adiabatik.
1. 663 N/m2 ; 1.2620 C; -4,2 x 104 Joule
2. 2,5 x 106 N/m2 ; 6860 K;
8,57 x 103 Joule
3. 1,25 x 106 N/m2; 6260 K;
2,02 x 104 Joule
4. 3 atm
5. 134,07 cmHg
6. 510 C
Penerapan Hukum I Termodinamika.
Siklus.
1. a) W1-2 = 3,28 x 106 joule
W2-3 = -1,97 x 106 joule
W3-1 = 0
b) Q1-2 = 8,23 x 106 joule
Q2-3 = 0
Q3-1 = 4,96 x 106 joule
c) U1-2 = 4,96 x 106 joule
U2-3 = 0
U3-1 = 4,96 x 106 joule
2. 2 x 103 joule
3. a) 1-2 Proses adiabatik dan 1-3 proses
isotermik. Kurva adiabatik lebih
curam dari pada kurva isotermik.
b) P2 = P3 = 2 x 10-5 Nm-2
c) T2 = T1 = 6000 K
d) V3 = 8 x 10-3 m3
4. a) 0 b) 1,7 x 104 joule
c) 1,7 x 104 joule
d) 0,23 m3
5. a) T1 = 3000 K; P1 = 105 Nm-2
T2 = 6000 K; P2 = 2 x 105 Nm-2
T3 = 4550 K; P3 = 105 Nm-2
b) 52,34 Joule.
Hukum II Termodinamika
Efisiensi Mesin.
1. 470 c
2. 12,5 %; 20 %
3. 44,6 %
4. 93,1 %
5. 900 kalori 6. 59,4 %
