Ketik 'Kata Kunci' yang dicari dalam blog Ayo Sekolah Fisika

Terimakasih Untuk Subscribe Chanel Youtubenya.

Soal dan penyelesaian mesin Carnot

Soal 1
Dalam suatu siklus mesin Carnot, sudu reservoir (yang mensuplai kalor) adalah 1270C dan suhu kondensor (yang menampung kalor yang dibuang mesin) adalah 270C. Kalor yang diambil mesin per siklus adalah 60 J. Hitung: (a) kalor yang dibuang, (b) usaha yang dilakukan dan (c) efisiensi mesin.

Solusi:
Suhu reservoir tinggi, T1 = 127 + 273 = 400 K; suhu reservoir rendah T2 = 27 + 273 = 300 K; kalor yang diambil mesin Q1 = 60 J.
(a) kalor yang dibuang, Q2 adalah
Q2/Q1 = T2/T1, maka
Q2 = (300/400) x 60 J = 45 J
(b) usaha yang dilakukan mesin, W adalah
W = Q1 – Q2 = 60 J – 45 J = 15 J
(c) efisiensi mesin, η adalah
η = (W/Q1) x 100% = (15/60) x 100% = 25%

Soal 2
Tentukan efisiensi termal maksimum dari suatu mesin kalor yang bekerja antara suhu 00C dan 1000C.

Solusi:
Suhu rendah T2 = 0 + 273 = 273 K
Suhu tinggi T1 = 100 + 273 = 373 K
Yang dimaksud dengan efisiensi termal maksimum adalah efisiensi mesin Carnot, maka
η = [1 – (T2/T1)] x 100% = [1 – (273/373)] x 100% = 27%

Soal 3
Sebuah mesin Carnot memiliki efisiensi 50% ketika suhu reservoir rendahnya 270C. Berapa kenaikan suhu reservoir tinggi agar efisiensi mesin meningkat menjadi 60%?

Solusi:
Kita akan menggunakan rumus η = (1 – T2/T1), dengan kasus suhu reservoir rendah T2 dijaga tetap dan suhu reservoir tinggi T1 dinaikkan untuk meningkatkan efisiensi.
Awalnya η1 = 50% = 0,5; T2 = 27 + 273 = 300 K.
Penggunaan persamaan η = (1 – T2/T1) menghasilkan T1.
η1 = (1 – T2/T1)
T2/T1 = 1 – η1
300/T1 = 1 – 0,5
T1 = 300/0,5 = 600 K
Akhirnya misalnya suhu reservoir tinggi dinaikkan t K, maka
TI,II = T1 + t = 600 + t
Suhu reservoir rendah T2 = 300 K (dijaga tetap), efisiensi ηII = 60% = 0,6. Aplikasi rumus efisiensi menghasilkan
ηI = (1 – T2/TI,II)
0,6 = 1 – [300/(600 + t)]
300/(600 + t) = 0,4
600 + t = 750
t = 150 K
Jadi, suhu reservoir tinggi harus dinaikan 150 K.

Soal 4
Efisiensi mesin Carnot adalah 1/6. Dengan mengurangi suhu reservoir rendah 650C, efisiensi mesin naik menjadi 1/3. Hitung suhu reservoir tinggi dan rendah.

Solusi:
Kita tetap menggunakan η = (1 – T2/T1) dengan suhu reservoir tinggi T1 dijaga tetap, dan suhu reservoir rendah dikurangi untuk meningkatkan η.
Awalnya η1 = 1/6, suhu reservoir rendah = T2
Sekarang, ηII = 1/3, suhu reservoir TI dijaga tetap dan suhu reservoir rendah T2,II = T2 – 65. Aplikasi rumus efisiensi pada kasus I memberikan
η1 = (1 – T2/T1)
T2/T1 = 1 – η1
T2/T1 = 1 – (1/6) = 5/6
1/T1 = (5/6T2)                     (*)
Aplikasi rumus efisiensi pada kasus II memberikan
ηII = (1 – T2,II/T1)
T2,II/T1 = 1 – η2
(T2 – 65)/T1 = 1 – (1/3) = 2/3
(T2/T1) – (65/T1) = 2/3
(5/6) – (65/T1) = 2/3
65/T1 = 1/6
T1 = 390 K
Dari T2/T1 = 5/6
T2 = (5/6) x 390 K = 325 K

Soal 5
Pada grafik p-V mesin Carnot di bawah, diketahui W = 10 kJ. Tentukan banyak kalor yang dilepas oleh mesin tiap siklus.

soal mesin Carnot
Solusi:
Efisiensi mesin Carnot:
η = (1 – T2/T1) = 1 – (200/800) = ¾
kalor yang masuk:
η = W/Q1
Q1 = W/η = 10000/(3/4) = 40000/3
Kalor yang dilepas:
η = (1 – Q2/Q1)
Q2 = (1 – η)Q1
Q2 = (1 – 0,75)(40000/3) = 10000/3 J

Soal 6
Jika kalor yang diserap reservoir suhu tinggi adalah 1500 joule, tentukan : (a) Efisiensi mesin Carnot
(b) Usaha mesin Carnot, (c) Perbandingan kalor yang dibuang di suhu rendah dengan usaha yang dilakukan mesin Carnot, (d) Jenis proses ab, bc, cd dan da
Soal Siklus Carnot
Solusi
(a) Efisiensi mesin Carnot
Suhu pada reservoir tinggi, T1 = 327oC = 600 K
Suhu pada reservoir rendah, T2 = 127oC = 400 K
η = (1 – T2/T1) x 100% = (1 – 400/600) x 100% = 33,33%
(b) Usaha mesin Carnot
η = W/Q1
1/3 = W/(1500 J)
W = 500 J
(c) Perbandingan kalor yang dibuang di suhu rendah dengan usaha yang dilakukan mesin Carnot
Q2 = Q1 − W = 1500 – 500 = 1000 J
Q2 : W = 1000 : 500 = 2 : 1
(d) Jenis proses ab, bc, cd dan da
ab → karena volume gas bertambah, suhu gas tetap maka disebut pemuaian isotermis
bc → volume gas bertambah, suhu gas turun, maka disebut pemuaian adiabatis
cd → volume gas berkurang, suhu gas tetap disebut pemampatan isotermal
da → volume gas berkurang, suhu gas naik pemampatan adiabatis

2 Responses to "Soal dan penyelesaian mesin Carnot "

Sobat ASF! Berikan Komentar di kolom komentar dengan bahasa yang sopan dan sesuai isi konten...Terimasih untuk kunjunganmu di blog ini, semoga bermanfaat!

Note: Only a member of this blog may post a comment.

Iklan Atas Artikel

Iklan Tengah Artikel 1

Iklan Tengah Artikel 2

Iklan Bawah Artikel