SIKLUS CARNOT

Proses melingkar adalah suatu proses pada suatu system setelah mengalami beberapa perubahan keadaan, akhirnya kembali pada keadaan semula.

GB.1                                                                       GB.2  

Pada proses melingkar, system berubah kemudian kembali ke keadaan semula. Energy dalam proses melingkar tidak berubah.

Sebuah proses reversible adalah sebuah proses yang berlangsung sedemikian sehingga pada akhir proses, system dan keliling local ( local surroundings) dapat dikembalikan ke keadaan mula-mula, tanpa meninggalkan suatu perubahan pada sisa universum (rest of universe). Universum disini digunakan dalam arti teknis, yaitu sempit sekali tanpa suatu pengertian kosmos.

Universum disini artinya tidak lain adalah bagian yang berhingga dari dunia yang terdiri dari system dan kelilingnya yang dapat mengadakan interaksi dengan system itu. Sebuah proses yang tidak memenuhi syarat-syarat diatas disebut irreversible.

Sebagai konsekuensi hukum kedua Termodinamika yang memperlihatkan arah perubahan alami distribusi energy dan memperkenalkan prinsip peningkatan entropi, maka semua proses alam adalah irreversible.

Pengubahan usaha menjadi energy dalam sebuah system kalor berlangsung dengan disertai gejala-gejala seperti gesekan viskositas, inelastisitas, tahanan listrikndan listeresisi magnetic. Efek-efek ini disebut efek-efek disipatif dan usaha itu dikatakan terdissipasi.

Proses-proses yang disertai dissipasi usaha menjadi energy dalam dikatakan menunjukkan irreversible mekanik luar. Irreversibilitas lainnya ialah irreversibilitas mekanik dalam, irreversibilitas termik, irreversibilitas kimia.

Kalau berbagai macam proses alam diselidiki dengan teliti maka ternyata bahwa semuanya disertai salah satu dari dua sifat berikut.

1. Tidak dipenuhinya syarat-syarat untuk kesetimbangan termodinamika, yaitu tidak adanya kesetimbangan mekanik, termik dan kimia
2. Adanya efek disipatif, seperti geseran, viskositas, anelastisitas, tahanan listrik dan listeresis magnetic.

Maka dapat ditarik kesimpulan, bahwa sebuah proses akan reversible kalau

1. Proses itu berlangsung quasi-statik
2. Proses itu tidak disertai efek-efek desipatif.

Karena tidak mungkin bentuk memenuhi kedua syarat itu dengan sempurna maka jelaslah bahwa sebuah proses reversible adalah sesuatu yang hayal atau ideal.

Proses reversible sangat berguna dalam perhitungan teori dalam hal ini, pengandaian proses reversible dalam termodinamika serupa dengan pengandaian yang seringkali dijumpai dalam mekanika, misalnya pengandaian kawat yang tidak bermassa, katrol tanpa geseran dan titik massa.

1. MESIN KALOR CARNOT

Ketika system dalam suatu mesin menjalani sebagian daurnya, sejumlah kalor diserap dari reservoir panas, pada bagian lain dari daur itu kalor yang jumlahnya lebih sedikit dibuang ke reservoir yang lebih dingin. Jadi boleh dikatakan bahwa mesin bekerja diantara sepasang reservoir ini. Menurut kenyataannya sejumlah kalor selalu dibuang ke reservoir yang lebih dingin, sehingga efisiensi mesin tidak akan pernah mencapai 100%.

Ada 3 hal yang penting mengenai mesin.

1. Berapa daya guna maksimum yang dapat dicapai oleh suatu mesin yang bekerja antara kedua reservoir itu.
2. Bagaimana karakteristik mesin.
3. Apa pengaruh sifat zat kerja.

Untuk menjawab pertnyaan ini Nicelai Leonard Sadi Carnot (1824) seorang insinyur ulung bangsa perancis memikirkan sebuah siklis ideal yang sekarang terkenal dengan siklus Carnot. Siklus carnot terdiri atas dua proses isothermal reversible dan dua proses adiabatic reversible.

Siklus Carnot terdiri dari 4 proses sebagai berikut:

1. Proses adiabatic reversible dalam arah sedemikian sehingga suhu naik sampai suhu T1dari reservoir panas.
2. Zat kerja tetap berhubungan dengan reservoir dengan suhu T1 dan menjalani proses isotermik reversible dalam arah dan waktu sedemikian sehingga jumlah kalor Q1 diserap dari reservoir tersebut, (Penyerapan kalor terjadi pada suhu konstan yaitu suhu dari reservoir panas).
3. Proses adiabatic reversible dalam arah berlawanan dengan proses pertama sehingga suhu turun sampai suhu T2 dari reservoir dingin.
4. Zat kerja tetap berhubungan dengan reservoir pada T2 dan mengalami proses isothermik reversible dalam arah belawanan dengan proses kedua sampai zat kerja mencapai keadaan mula-mula. Selama proses ini kalor Q2 diberikan kepada reservoir dingin (Pengeluaran kalor terjadi pada suhu konstan yaitu suhu dari reservoir dingin)

Suatu mesin yang menjalani siklus carnot disebut mesin carnot. Sedangkan mesin kalor carnot adalah suatu mesin yang mengubah energy kalor menjadi energy mekanik. Karena keempat proses dari siklus tersebut reversible maka siklus carnot adalah siklus reversible.

Q2= Kalor masuk

W= Usaha yang dihasilkan

Q1= Kalor yang keluar atau energy kalor yang tidak terpakai atau terbuang

Q2 dari reservoir panas, Q1 dari reservoir dingin.

Usaha W=Q2-Q1

Efisiensi mesin kalor :

Mesin Kalor Carnot

Usaha 1-2 ( Ekspansi isothermik)

Usaha 2-3 ( Ekspansi adiabatic)

Usaha 3-4 ( Kompresi isothermik)

Usaha 4-1 (Kompresi adiabatic)

Usaha total

Kita amati pada proses adiabatic

2        3

4        1

Efisiensi diatas merupakan Effisiensi Mesin Carnot Termik.

Effisiensi mesin secara umum dapat dituliskan sebagai:

η=Q2-Q1Q2

η=WQ2