Mesin carnot
Mesin carnot
Mesin
Carnot adalah mesin kalor hipotetis yang beroperasi dalam suatu siklus reversibel yang disebut siklus
Carnot. Mesin kalor
merupakan suatu sistem yang dapat melakukan usaha terhadap lingkungannya.
Sementara suatu sistem dapat disebut sebagai siklus jika suatu sistem tersebut
mengalami rangkaian keadaan yang berbeda dan berujung pada keadaan semula.
Sebuah mesin
kalor bekerja dengan cara memindahkan energi dari daerah yang bertemperatur
tinggi ke tempat bertemperatur rendah, dan dalam
prosesnya, mengubah sebagian energi menjadi usaha mekanis. Sistem yang bekerja
sebaliknya, dimana gaya eksternal yang dikerjakan pada suatu mesin kalor dapat
menyebabkan proses yang memindahkan energi panas dari daerah yang lebih dingin
ke daerah yang lebih panas disebut mesin refrigerator.
Pada tulisan Sadi Carnot
berjudul Pemikiran tentang Daya Penggerak dari Api (Réflexions
sur la Puissance Motrice du Feu), diilustrasikan ada dua benda A danB,
yang temperaturnya dijaga selalu tetap, dimana A memiliki temperatur
lebih tinggi daripada B. Kita dapat memberikan atau melepaskan
kalor pada atau dari kedua benda ini tanpa mengubah suhunya, dan bertindak
sebagai dua reservoir kalor. Carnot menyebut benda A "tungku" dan benda B"kulkas". Carnot lalu menjelaskan bagaimana kita bias memperoleh daya penggerak
(usaha), dengan cara memindahkan sejumlah tertentu kalor dari reservoir A ke B.
Diagram modern
 |
Dibawah ini adalah diagram mesin Carnot sebagaimana biasanya dimodelkan dalam pembahasan modern
Diagram
mesin Carnot (modern)
Pada diagram
mesin Carnot modern, kalor mengalir dari reservoir bersuhu tinggi TH melalui
"fluida kerja", menuju reservoir dingin TC,
dan menyebabkan fluida kerja memberikan usaha mekanis kepada lingkungan,
melalui siklus penyusutan (kontraksi) dan pemuaian (ekspansi).
Dalam diagram tersebut, sistem
("fluida kerja"), dapat berupa benda fluida atau uap apapun
yang dapat menerima dan memancarkankalor Q,
untuk menghasilkan usaha. Carnot mengusulkan bahwa fluida ini dapat berupa zat
apapun yang dapat mengalami ekspansi, seperti uap air, uap alkohol, uap raksa, gas
permanen, udara, dll. Sekalipun begitu, pada tahun-tahun awal, 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 di berbagai bagian mesin. Usaha keluaran W biasanya
adalah gerakan piston yang
digunakan untuk memutar sebuah engkol, yang selanjutnya digunakan untuk memutar
sebuah katrol.
Penggunaannya biasanya untuk mengangkut air dari sebuah pertambangan garam. Carnot
sendiri mendefinisikan "usaha" sebagai "berat yang diangkat
melalui sebuah ketinggian".
Teorema Carnot
Sebuah mesin nyata (real)
yang beroperasi dalam suatu siklus pada temperatur and 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 gambar ini, kurva tersebut menunjukkan kesetimbangan uap-cair
( lihat siklus Rankine). Sifat
irreversibel sistem dan kehilangan kalor ke lingkungan (misalnya, disebabkan
gesekan) menyebabkan siklus Carnot ideal tidak dapat terjadi pada semua langkah
sebuah mesin nyata.
Teorema
Carnot adalah pernyataan formal dari fakta bahwa: Tidak
mungkin ada mesin yang beroperasi di antara dua reservoir panas yang lebih
efisien daripada sebuah mesin Carnot yang beroperasi pada dua reservoir yang
sama. Artinya, efisiensi maksimumyang dimungkinkan untuk
sebuah mesin yang menggunakan temperatur tertentu diberikan oleh efisiensi
mesin Carnot,
Implikasi lain dari teorema Carnot
adalah mesin reversibel yang beroperasi antara dua reservoir panas yang
sama memiliki efisiensi yang sama pula.
Efisiensi maksimum yang dinyatakan
pada persamaan diatas dapat diperoleh jika dan hanya jika tidak
ada entropi yang
diciptakan dalam siklus tersebut. Jika ada, maka karena entropi adalah fungsi keadaan, untuk
membuang kelebihan entropi agar dapat kembali ke keadaan semula akan melibatkan
pembuangan kalor ke lingkungan, yang merupakan proses irreversibel dan akan
menyebabkan turunnya efisiensi. Jadi persamaan di atas hanya memberikan
efisiensi dari sebuah mesin kalor reversibel.
0 komentar:
Posting Komentar