Mesin carnot
Upcoming SlideShare
Loading in...5
×
 

Like this? Share it with your network

Share

Mesin carnot

on

  • 9,124 views

 

Statistics

Views

Total Views
9,124
Views on SlideShare
9,124
Embed Views
0

Actions

Likes
2
Downloads
288
Comments
0

0 Embeds 0

No embeds

Accessibility

Categories

Upload Details

Uploaded via as Microsoft Word

Usage Rights

© All Rights Reserved

Report content

Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
  • Full Name Full Name Comment goes here.
    Are you sure you want to
    Your message goes here
    Processing…
Post Comment
Edit your comment

Mesin carnot Document Transcript

  • 1. MESIN CARNOTMesin Carnot adalah mesin kalor hipotetis yang beroperasi dalam suatusiklus reversibel yang disebut siklus Carnot. Model dasar mesin inidirancang oleh Nicolas Léonard Sadi Carnot, seorang insinyur militerPerancis pada tahun 1824. Model mesin Carnot kemudian dikembangkansecara grafis oleh Émile Clapeyron 1834, dan diuraikan secara matematisoleh Rudolf Clausius pada 1850an dan 1860an. Dari pengembanganClausius dan Clapeyron inilah konsep dari entropi mulai muncul.Setiap sistem termodinamika berada dalam keadaan tertentu. Sebuahsiklus termodinamika terjadi ketika suatu sistem mengalami rangkaiankeadaan-keadaan yang berbeda, dan akhirnya kembali ke keadaansemula. Dalam proses melalui siklus ini, sistem tersebut dapat melakukanusaha terhadap lingkungannya, sehingga disebut mesin kalor.Mesin carnot merupakan mesin kalor yang dapat mengubah energi (kalor)menjadi bentuklainnya (usaha mekanik). Disamping mesin carnot,terdapat pula mesin-mesin lain yangdigolongkan dalam mesin kalor spertimesin uap, mesin diesel dan bensin, mesin jet dan reactoratom. Padaprinsipnya cara kerja mesin kalor ada tiga proses penting yaitu: 1. Proses penyerapan kalor dari sumber panas yang sering disebut sebagai reservoir (tandon) panas. 2. Usaha yang dilakukan oleh mesin. 3. Proses pembuangan kalor pada tempat yang bersuhu rendah, tempat ini sering disebut reservoir (tandon) dingin.Sebuah mesin kalor bekerja dengan cara memindahkan energi daridaerah yang lebih panas ke daerah yang lebih dingin, dan dalamprosesnya, mengubah sebagian energi menjadi usaha mekanis. Sistemyang bekerja sebaliknya, dimana gaya eksternal yang dikerjakan padasuatu mesin kalor dapat menyebabkan proses yang memindahkan energi
  • 2. panas dari daerah yang lebih dingin ke energi panas disebut mesinrefrigerator.Dibawah ini adalah diagram mesin Carnot sebagaimana biasanyadimodelkan dalam pembahasan modernDiagram mesin Carnot (modern) - kalor mengalir dari reservoir bersuhutinggi TH melalui "fluida kerja", menuju reservoir dingin TC, danmenyebabkan fluida kerja memberikan usaha mekanis kepadalingkungan, melalui siklus penyusutan (kontraksi) dan pemuaian(ekspansi).Dalam diagram tersebut, sistem ("fluida kerja"), dapat berupa benda fluidaatau uap apapun yang dapat menerima dan memancarkan kalor Q, untukmenghasilkan usaha. Carnot mengusulkan bahwa fluida ini dapat berupazat apapun yang dapat mengalami ekspansi, seperti uap air, uap alkohol,uap raksa, gas permanen, udara, dll. Sekalipun begitu, pada tahun-tahunawal, mesin-mesin kalor biasanya memiliki beberapa konfigurasi khusus,yaitu QH disuplai oleh pendidih, di mana air didihkan pada sebuah tungku,QC biasanya adalah aliran air dingin dalam bentuk embun yang terletak diberbagai bagian mesin. Usaha keluaran W biasanya adalah gerakanpiston yang digunakan untuk memutar sebuah engkol, yang selanjutnyadigunakan untuk memutar sebuah katrol. Penggunaannya biasanya untukmengangkut air dari sebuah pertambangan garam. Carnot sendirimendefinisikan "usaha" sebagai "berat yang diangkat melalui sebuahketinggian".
  • 3. Teorema CarnotSebuah mesin nyata (real) yang beroperasi dalam suatu siklus padatemperatur TH and TC tidak mungkin melebihi efisiensi mesin Carnot.Sebuah mesin nyata (kiri) dibandingkan dengan siklus Carnot (kanan).Entropi dari sebuah material nyata berubah terhadap temperatur.Perubahan ini ditunjukkan dengan kurva pada diagram T-S. Pada gambarini, kurva tersebut menunjukkan kesetimbangan uap-cair ( lihat siklusRankine). Sifat irreversibel sistem dan kehilangan kalor ke lingkungan(misalnya, disebabkan gesekan) menyebabkan siklus Carnot ideal tidakdapat terjadi pada semua langkah sebuah mesin nyata.Teorema Carnot adalah pernyataan formal dari fakta bahwa: Tidakmungkin ada mesin yang beroperasi di antara dua reservoir panas yanglebih efisien daripada sebuah mesin Carnot yang beroperasi pada duareservoir yang sama. Artinya, efisiensi maksimum yang dimungkinkanuntuk sebuah mesin yang menggunakan temperatur tertentu diberikanoleh efisiensi mesin Carnot,Implikasi lain dari teorema Carnot adalah mesin reversibel yangberoperasi antara dua reservoir panas yang sama memiliki efisiensi yangsama pula.
  • 4. Efisiensi maksimum yang dinyatakan pada persamaan diatas dapatdiperoleh jika dan hanya jika tidak ada entropi yang diciptakan dalamsiklus tersebut. Jika ada, maka karena entropi adalah fungsi keadaan,untuk membuang kelebihan entropi agar dapat kembali ke keadaansemula akan melibatkan pembuangan kalor ke lingkungan, yangmerupakan proses irreversibel dan akan menyebabkan turunnya efisiensi.Jadi persamaan di atas hanya memberikan efisiensi dari sebuah mesinkalor reversibel.Mengapa dihitung efisiensi ? Berdasarkan pernyataan Clausius, bahwatidak ada mesin yang menyerap energi seluruhnya kemudian mampumengubah seluruh energi yang diserap sepenuhnya menjadi kerja/ usahanah, berdasar pernyataan tersebut maka muncul efisiensi mesin (atau nilaikinerja mesin) yang dinyatakan dengan koefisien yang dibaca “eta”pertanyaannya mengapa dikurangi ? Karena adalah energi yangdiserap mesin pada tandon (reservoir energi) bersuhu tinggi yang akanmelepaskan kalor (energi) secara spontan kepada (reservoir atautandon energi bersuhu rendah) yang berfungsi menyerap energi tersebut.Mesin carnot dapat dianggap memiliki piston yang bergerak dalamsilinder, dan memiliki karakteristik sebagai berikut: Sebuah rekatan yang sempurna, sehingga tidak ada atom yang melarikan diri dari cairan yang bekerja karena piston bergerak untuk memperluas atau menekannya. pelumasan sempurna, sehingga tidak ada gesekan. Sebuah gas ideal untuk fluida kerja. koneksi sempurna termal pada setiap waktu, baik untuk satu atau tidak ada dua reservoir, yang berada pada dua temperatur yang berbeda, dengan isolasi termal sempurna mengisolasi dari semua transfer panas lainnya.
  • 5. piston bergerak bolak-balik berulang kali, dalam siklus bolak ekspansi "isotermal" dan "adiabatik" dan penekanan, menurut diagram PV ditunjukkan di bawah ini:1. Proses AB (Ekspansi isotermal reversibel) Pada proses ini, gas dikontakkan dengan reservoir panas bersuhu T1 melalui dasar silinder. Kemudian beban sedikit demi sedikit dikurangi sehingga piston (penghisap)terangkat dan gas akan memuai (berekspansi) secara isothermal pada suhu T1. Selama proses ini gas menyerap kalor sejumlah Q1 dan melakukan usaha (W AB) dengan menaikkan piston keatas.2. Proses BC (Ekspansi adiabatik reversibel) Pada proses ini, dasar silinder yang semula dikontakkan pada reservoir panas sekarangdiberi dinding yang terisolasi terhadap lingkungan. Sedikit demi sedikit beban dikurangi dan membiarkan gas memuai (mengembang = berekspansi) secara adiabatik. Selama proses ini suhu gas turun dari T1 menjadi T2 dan gas melakukan usaha sebanyak WBC yangditunjukkan dengan naiknya piston.3. Proses CD (Kompresi isotermal reversibel) Pada proses ini, gas dikontakkan dengan reservoir dingin bersuhu T2 melalui dasar silinder. Kemudian beban ditambahkan sedikit demi sedikit sehingga piston turun dan membiarkan gas termampatkan (terkompres) secara isothermal pada suhu T 2. Selama proses ini gas akan membuang kalor sebanyak Q2 dan menerima usaha (berarti usaha negatif) dari luar sebesar W CD.4. Proses DA (Kompresi adiabatik reversibel)
  • 6. Pada proses ini, dasar silinder kembali di isolasikan terhadaplingkunagn. Sedikit demi sedikit, beban ditambahkan dan biarkan gastermampatkan secara adiabatik. Selam proses ini suhu gas naik dariT2 menjadi T1 dan gas menerima usaha dari luar sebanyak W DA yangditunjukkan dengan turunnya piston.