Soal Mesin Carnot dan Pembahasan

1. Sebuah mesin Carnot memiliki efisiensi 60% bekerja pada reservoir suhu tinggi T1 dan reservoir suhu rendah 27°C. Tentukanlah:

a. Suhu T1 (dalam K)

b. Usaha mesin Carnot (dalam satuan Joule)

c. Kalor yang masuk dan keluar (dalam satuan Joule)

Pembahasan :

efisiensi, η = 60%

suhu tinggi, T1

suhu rendah, T2 = 27°C = 300 K

Untuk mencari T1, gunakan rumus efisiensi

η = 1 - T2/T1

60% = 1 - 300/T1

300/T1 = 1 - 0,6

T1 = 300/0,4

T1 = 750 K

Jika pada grafik menunjukkan P = 10 Pa

Usaha, W = P.ΔV = 10(4-2) = 10 (2) = 20 J

Kalor masuk, bisa dicari dg rumus efisiensi

η = W/Q1

60% = 20/Q1

Q1 = 20/0,6

Q1 = 33,3 J

Kalor keluar, perbandingan kalor

Q1/Q2 = T1/T2

33,3/Q2 = 750/300

Q2 = 13,32 J

2. Suatu mesin carnot bekerja pada 2 reservoir suhu 300 K dan suhu 800 K. Jika kalor diserap pada reservoir suhu tinggi sebesar 4 kJ. Tentukan: 

a. Efisiensi mesin 

b. Usaha yang dilakukan

Pembahasan:

Efisiensi, η = 60%

Suhu tinggi, T₁ = 800 K

Suhu rendah, T₂ = 300 K

Kalor diserap, Q₁ = 4 kJ = 4000 J

 

a. Efisiensi mesin carnot

η = (1 - T₂/T₁) × 100 %

η = (1 - 300/800) × 100 %

η = 62,5 %

 

b. Usaha yang dilakukan

η = W/Q₁  × 100 %

 62,5 % = W/4000 × 100 %

W = 2500 J

Share :