Termodinamika: Siklus Carnot

Oleh : Bella Alissa Qotrunada (18630070)

Hai

Saya Bella Alissa Qotrunada, saya ingin berbagi informasi tentang siklus Carnot yang terdapat dalam hukum kedua termodinamika. Pada tahun 1824 Sadi Carnot insinyur Prancis (1796 - 1832), yang telah mengembangkan mesin kalor ideal hipotetis, memiliki efisiensi maksimum oleh hukum kedua termodinamika. Siklus mesin ini disebut siklus Carnot. Cara kerja mesin Carnot, yang akan dibahas adalah reversibilitas dan hubungannya dengan arah proses termodinamika (Young, 2001). Oleh karena itu, ada konsep yang dikenal sebagai efisiensi mesin Carnot. Efisiensi adalah rasio panas yang berubah menjadi usaha dengan panas yang diserap. Jadi, hasil bagi antara usaha dengan kalor yang diserap.

Selama berpindahnya panas dalam siklus Carnot ini, seharusnya tidak boleh ada perbedaan suhu yang besar. Pada saat mesin ini mengambil kalor dari reservoir panas pada suhu T₁, alat dalam mesin juga harus bersuhu T₁, jika tidak aliran panas akan menjadi irreversibel. Ketika mesin mengeluarkan panas ke reservoir dingin pada suhu T₂, maka mesin juga harus pada suhu T₂. Jadi, setiap proses yang melibatkan perpindahan panas harus isotermal pada T₁ dan T₂ (Moran, 2003).

Dapat kita katakana bahwa, mesin Carnot ini yaitu mesin kalor yang bisa mengubah energi panas menjadi usaha mekanis. Selain mesin Carnot, terdapat mesin lain yang diklasifikasikan sebagai mesin kalor contohnya mesin uap, mesin diesel, bensin, mesin jet dan reactor atom. Pada saat system di sebuah mesin melewati sebagian dari siklusnya, maka sebagian panas yang diserap dari reservoir panas, di bagian lain pada siklus, jumlah panas yang lebih kecil akan dibuang ke reservoir yang lebih dingin. Jadi, bisa dikatakan bahwa mesin bekerja di antara sepasang reservoir. Sebagian panas akan terus-menerus dibuang ke reservoir yang lebih dingin, maka efisiensi mesin tidak pernah mencapai 100%.

Dalam siklus Carnot ini kita dapat mengetahui bahwa, system akan mengalami siklus yang bersifat reversibel yang terdiri dari 4 proses yaitu diterapkan 2 proses adiabatic dan 2 proses isotermal. Dengan demikian, 4 proses yang membentuk siklus yaitu pada proses 1-2, gas dikompresi secara adiabatik untuk berpindah ke keadaan 2 dengan suhu T₁. Proses 2-3, sirkuit ditempatkan sampai bersentuhan dengan reservoir di T₁, gas merupakan ekspansi isotermal dan menerima energi Q₁ dari reservoir panas melalui transfer panas. Proses 3-4, system sekali lagi ditempatkan pada dudukan berisolasi dan gas dibiarkan terus berkembang secara adiabatik hingga suhu turun ke T₂. Proses 4-1, sistem ditempatkan sampai bersentuhan dengan reservoir di T₂, gas dikompresi secara isotermal ke keadaan awal, sementara pelepasan panas Q₂ ke reservoir dingin melalui transfer panas. Jadi, mesin yang melalui siklus Carnot disebut mesin Carnot. Sementara mesin kalor Carnot adalah mesin yang mengubah energi panas menjadi energi mekanik. Setelah menjalani 4 proses siklus tersebut pada mesin kendaraan yang menerapkan prinsip aliran spontanitas pada kalor. Mesin Carnot menggunakan prinsip bahwa terdapat kalor yang mengalir dari suhu tinggi menuju suhu rendah tanpa perlu melakukan usaha  apa pun. Ketika aliran kalor terjadi, panas yang mengalir diubah menjadi usaha, misalnya gerak.

Sumber :

Moran, Michael J, Howard N. Shapiro.2003. Termodinamika Teknik Edisi 4. Jakarta: Penerbit

         Erlangga.

Young, Hugh D Roger A. Freedman.2001. Fisika Universitas Jilid 1 edisi 10. Jakarta: Penerbit

         Erlangga.