Efisiensi Mesin Carnot

𝜂 = (1 −𝑇₂

𝑇₁) × 100%

𝜂 = 𝑊

𝑄₁× 100%

A

B

D C 𝑄₁

𝑄₂ 𝑊 𝑃₁

𝑃₂ 𝑃₃ 𝑃₄ 𝑃

𝑉₁ 𝑉₂ 𝑉₃ 𝑉₄ 𝑉 𝑇₁

𝑇₂

1. Proses pemuaian secara 𝑖𝑠𝑜𝑡𝑒𝑟𝑚𝑖𝑠 (A ke B) menyerap kalor 𝑄₁ dan mengubahnya menjadi 𝑊₁.

2. Proses pemuaian secara 𝑎𝑑𝑖𝑎𝑏𝑎𝑡𝑖𝑘 (B ke C) melakukan usaha 𝑊₂.

3. Proses penampatan secara 𝑖𝑠𝑜𝑡𝑒𝑟𝑚𝑖𝑘 (C ke D) melepas kalor 𝑄₂.

4. Proses pemampatan secara 𝑎𝑑𝑖𝑎𝑏𝑎𝑡𝑖𝑘 (D ke A)

Bimbel UN Fisika SMA Program IPA by Pak Anang (http://pak-anang.blogspot.com) Halaman 84 TRIK SUPERKILAT:

Pada mesin Carnot berlaku perbandingan senilai

𝑄₁ 𝑇₁

𝑰𝒏𝒈𝒂𝒕‼ Efisiensi adalah

𝑊 𝑇₁− 𝑇₂

𝑄₂ 𝑇₂

Jadi ketiga variabel tersebut nilainya adalah sebanding satu sama lain, satu hal yang perlu diperhatikan adalah definisi atau pengertian masing-masing variabel, yakni:

 𝑄₁ (Kalor yang diserap, kalor yang diterima, kalor yang diambil, kalor yang diberikan pada gas oleh 𝑇₁)

 𝑄₂ (Kalor yang dilepas, kalor yang dibuang, kalor yang keluar, kalor yang diberikan pada gas oleh 𝑇₂)

 𝑇₁ (Suhu reservoir tinggi)

 𝑇₂ (Suhu reservoir rendah)

Ingat!!! Satuan suhu adalah Kelvin 𝑏𝑢𝑘𝑎𝑛 °𝐶𝑒𝑙𝑐𝑖𝑢𝑠!!!

Contoh soal:

Sebuah mesin Carnot bekerja pada reservoir suhu tinggi 523°C dan reservoir suhu rendah 23°C.

Jika kalor yang diserap adalah 1.600 J, maka tentukan:

a. Usaha yang dilakukan b. Efisiensi mesin Carnot Penyelesaian TRIK SUPERKILAT:

Ingat, satuan suhu Kelvin.

Jadi suhu tinggi 𝑇₁ = 523 + 273 = 800K, dan suhu rendah 𝑇₂ = 23 + 273 = 300 K

Bentuk tabel seperti di bawah ini dan letakkan variabel sesuai dengan perbandingannya:

𝑄₁ 𝑇₁

𝑊 𝑇₁− 𝑇₂

𝑄₂ 𝑇₂

1.600 800

𝑊 𝑇₁− 𝑇₂

𝑄₂ 300

Cara Kerja TRIK SUPERKILAT:

Nilai 𝑇₁− 𝑇₂ jelas adalah 800 dikurangi 300 sama dengan 500.

Sehingga terlihat jelas perbandingan yang akan digunakan untuk mencari 𝑊 adalah:

1.600

𝑊 = 800 500

a. Dan 𝑣𝑜𝑖𝑙𝑎‼! 𝐸𝑢𝑟𝑒𝑘𝑎‼ Nilai dari usaha 𝑊 adalah 1.000 J didapatkan dengan menyelesaikan perbandingan tersebut.

b. Dan nilai dari efisiensi pun didapatkan dari tabel yakni 𝜂 = ⁵⁰⁰₈₀₀× 100% = 62,5%

𝜂 = 𝑊

𝑄₁ = 𝑇₁− 𝑇₂ 𝑇₁

Bimbel UN Fisika SMA Program IPA by Pak Anang (http://pak-anang.blogspot.com) Halaman 85 CONTOH SOAL

Menentukan usaha (𝑾) yang dilakukan mesin Carnot

1. Perhatikan grafik 𝑃 − 𝑉 untuk mesin Carnot seperti gambar di bawah ini!

Jika mesin mengambil panas 1.000 J, banyaknya panas yang diubah menjadi usaha adalah ....

A. 400 J B. 600 J C. 1.000 J D. 1.500 J E. 2.500 J

2. Perhatikan gambar di bawah!

Besar usaha yang dilakukan mesin dalam satu siklus adalah .... J A. 300 J

Jika mesin menyerap kalor sebanyak 6.000 J, usaha yang dilakukan mesin Carnot sebesar ....

A. 2.000 J B. 4.000 J C. 5.000 J D. 6.000 J E. 8.000 J

4. Perhatikan grafik 𝑃 − 𝑉 untuk mesin Carnot seperti gambar di bawah ini!

Jika mesin mengambil panas 1.000 J, banyaknya panas yang diubah menjadi usaha adalah ....

A. 400 J Tanpa menghitung 400 (menggunakan logika perbandingan senilai) bisa telihat nilai 𝑊 = 400 J :) Tanpa menghitung 450 udah ketahuan nilai usaha adalah separuhnya 1.000, Jadi, 𝑊 = 500 J :)

Tanpa menghitung perkalian silang udah 200 ketahuan nilai usaha adalah sepuluh kalinya 200,

Tanpa menghitung perkalian silang udah 300 ketahuan nilai usaha adalah dua kalinya 300, Jadi, 𝑊 = 600 J :)

𝐼𝑛𝑔𝑎𝑡 𝑠𝑎𝑡𝑢𝑎𝑛 𝑠𝑢ℎ𝑢 𝑎𝑑𝑎𝑙𝑎ℎ 𝐾𝑒𝑙𝑣𝑖𝑛

Bimbel UN Fisika SMA Program IPA by Pak Anang (http://pak-anang.blogspot.com) Halaman 86 5. Sebuah mesin bekerja dalam suatu siklus Carnot seperti gambar di bawah ini!

Jika kalor yang dibuang 4.000 Joule, usaha yang dihasilkan mesin adalah ....

A. 4.000 J B. 8.000 J C. 12.000 J D. 15.000 J E. 16.000 J

6. Perhatikan grafik 𝑃 − 𝑉 mesin Carnot di samping!

Jika kalor yang diserap (𝑄₁) = 10.000 J maka besar usaha yang dilakukan mesin Carnot adalah ....

A. 1.500 J B. 4.000 J C. 5.000 J D. 6.000 J E. 8.000 J

7. Gambar 𝑃 − 𝑉 dari sebuah mesin Carnot terlihat seperti gambar berikut!

Jika mesin menyerap kalor 800 J, maka usaha yang dilakukan adalah ....

8. Sebuah mesin bekerja dalam suatu siklus mesin Carnot seperti gambar di samping!

Jika kalor yang terbuang 2.000 Joule, besar usaha yang dihasilkan mesin adalah ....

A. 800 Joule B. 8.000 Joule C. 12.000 Joule D. 20.000 Joule E. 80.000 Joule

9. Gambar 𝑃 − 𝑉 dari sebuah mesin Carnot terlihat seperti gambar di samping. Jika mesin menyerap kalor 840 J, usaha yang dilakukan adalah ....

A. 600 Joule B. 570 Joule C. 540 Joule D. 490 Joule E. 420 Joule

10. Mesin Carnot bekerja diantara 2 reservoir bersuhu 27°C dan 227°C. Kalor yang masuk dalam sistem 1.000 Joule. Usaha yang dihasilkan adalah ....

A. 200 Joule

Tanpa menghitung perkalian silang udah 300 ketahuan nilai usaha adalah dua kalinya 4.000,

Tanpa menghitung perkalian silang 400 udah ketahuan nilai usaha adalah setengah kalinya 10.000,

Jadi, 𝑊 = 5.000 J :) Tanpa menghitung dengan pasti kita pasti paham nilainya separuhnya 800 lebih dikit. Jadi jawaban D.

Jadi, 𝑊 = 466,7 J

Tanpa menghitung perkalian silang 400 udah ketahuan tuh nilai usaha adalah lima kali 1.600.

Jadi, 𝑊 = 8.000 J Tanpa menghitung dengan pasti kita pasti paham nilainya separuhnya 840 lebih dikit. Jadi jawaban D.

Jadi, 𝑊 = 490 J

Tanpa menghitung perkalian silang kita pasti tahu 200 nilainya 𝑊 adalah dua kalinya 200.

Jadi, 𝑊 = 400 J

Bimbel UN Fisika SMA Program IPA by Pak Anang (http://pak-anang.blogspot.com) Halaman 87 11. Sebuah mesin Carnot memiliki spesifikasi seperti gambar di samping. Usaha yang dihasilkan

mesin Carnot adalah ....

Menentukan kalor yang diserap (𝑸_𝟏) oleh mesin Carnot

12. Suatu mesin Carnot berkerja diantara suhu 600 K dan 400 K dan menghasilkan kerja 500 J seperti pada gambar di samping!

Dari grafik P − V mesin Carnot tersebut, kalor yang diserap oleh sistem tiap siklus adalah ....

A. 500 J B. 1.000 J C. 1.500 J D. 2.000 J E. 2.500 J

13. Dari grafik hubungan 𝑃 − 𝑉 pada mesin Carnot di gambar di samping dapat diketahui bahwa kalor yang diserap mesin tiap siklus adalah ....

A. 3 × 10⁵ J B. 4 × 10⁵ J C. 5 × 10⁵ J D. 6 × 10⁵ J E. 6 × 10⁶ J

Menentukan kalor yang dilepas (𝑸_𝟐) oleh mesin Carnot

14. Mesin ideal Carnot bekerja diantara 2 reservoir 800K dan 1.000K. Jika kalor yang diserap sistem 200 kal, maka kalor yang dibuang adalah ....

A. 160 kal B. 120 kal C. 110 kal D. 100 kal E. 95 kal

15. Pada grafik 𝑃 − 𝑉 mesin Carnot di bawah ini, 𝑊 = 6.000 J. Banyak kalor yang dilepas oleh mesin tiap siklus adalah ....

A. 2.250 J B. 3.600 J C. 3.750 J D. 6.000 J E. 9.600 J

16. Sebuah mesin Carnot bekerja di antara dua reservoir panas 487°C dan reservoir dingin 107°C.

Jika mesin tersebut menyerap kalor 800 joule dari reservoir panas, maka jumlah kalor yang dibuang dari mesin adalah ....

A. 200 Joule

Nah, udah ketahuan tuh nilainya usaha adalah ²₅ dari 𝑄₁

Nah, tanpa menghitung perkalian 200 silangnya, kita pasti bisa menebak bahwa nilai 𝑄1 adalah tiga kalinya dari 500. Sehingga 𝑄₁= 1.500 J

Nah, tanpa menghitung 300 perkalian silangnya, kita pasti bisa menebak bahwa nilai 𝑄1

adalah tiga kalinya dari 2 × 10⁵.

200 adalah seperlima dari 1.000 berarti seperlima dari 800 adalah 160 kal.

6.000 adalah 12 kali dari 500, maka 300 𝑄₂ adalah 12 kali dari 300 sehingga

Tanpa menghitung jelas bahwa nilai 𝑄2 adalah separuh dari 800

Bimbel UN Fisika SMA Program IPA by Pak Anang (http://pak-anang.blogspot.com) Halaman 88 Menentukan efisiensi (𝜼) dari mesin Carnot

17. Sebuah mesin menyerap panas sebesar 2.000 Joule dari suatu reservoir suhu tinggi dan membuangnya sebesar 1.200 Joule pada reservoir rendah. Efisiensi mesin itu adalah ....

A. 80%

B. 75%

C. 60%

D. 50%

E. 40%

18. Efisiensi mesin Carnot yang tiap siklusnya menyerap kalor pada suhu 960K dan membuang kalor pada suhu 576K adalah ....

A. 40%

B. 50%

C. 56%

D. 60%

E. 80%

19. Suatu mesin Carnot mempunyai reservoir suhu tinggi 373°C dan reservoir suhu dingin 50°C.

Efisiensi yang dihasilkan mesin tiap siklus adalah ....

A. 50%

Menentukan suhu rendah (𝑻_𝟐) mesin Carnot

20. Jika sebuah mesin Carnot menggunakan reservoir dengan suhu tinggi 900°K dan mempunyai efisiensi 60%, maka suhu yang rendah adalah ....

A. 700K B. 400K C. 387K D. 360K E. 187K

Menentukan variabel pada perubahan efisiensi mesin Carnot

21. Sebuah mesin Carnot yang menggunakan reservoir suhu tinggi 800K mempunyai efisiensi sebesar 40%. Agar efisiensinya naik menjadi 50%, maka suhu reservoir suhu tinggi dinaikkan menjadi ....

22. Suhu tinggi reservoir mesin Carnot 500K dan efisiensinya 60%. Agar efisiensi mesin Carnot itu menjadi 80% maka suhu tinggi reservoir mesin Carnot itu menjadi ....

A. 375K B. 500K C. 1.000K D. 1.500K E. 2.000K

23. Contoh soal lainnya menyusul ya... Pembahasan soal di SKL ini akan segera diupdate... Kunjungi terus posting tentang SMART SOLUTION pada SKL ini di blog Pak Anang di

http://pak-anang.blogspot.com. Terima kasih.

𝐸𝑓𝑖𝑠𝑖𝑒𝑛𝑠𝑖 𝑎𝑑𝑎𝑙𝑎ℎ𝑊

𝑄1× 100%

Jadi, besarnya efisiensi adalah

800

Jadi, besarnya efisiensi adalah ³⁸⁴₉₆₀× 100% = 40%

Kok bisa? Main feeling saja ya.. dibulatkan mendekati ₁₀₀₀⁴⁰⁰ hehehe…

TRIK SUPERKILAT 960

576

𝐸𝑓𝑖𝑠𝑖𝑒𝑛𝑠𝑖 𝑎𝑑𝑎𝑙𝑎ℎ𝑇1− 𝑇2

𝑇₁ × 100%

Jadi, besarnya efisiensi adalah 50%

Kok bisa? Main feeling saja ya.. 323 kan separuh dari 646, ya kan?

Sehingga jelas perbandingannya sekarang adalah 100

Dari dua kondisi tersebut kita bisa menarik kesimpulan bahwa:

Nilai suhu rendah adalah tetap, kan tidak berubah ya kan? Berarti rumus cepatnya adalah:

(1 − 𝜂₁)𝑇₁₁ = (1 − 𝜂₂)𝑇₁₂

Bimbel UN Fisika SMA Program IPA by Pak Anang (http://pak-anang.blogspot.com) Halaman 89 PEMBAHASAN SOAL UN FISIKA SMA 2012

1. Suatu gas ideal mengalami proses tertutup A → B → C

→ A. Dalam suatu siklus gas tersebut melakukan usaha sebesar ....

A. −2,0 . 10³ J B. −5,5 . 10³ J C. −8,0 . 10⁵ J D. −2,0 . 10⁶ J E. −4,0 . 10⁶ J

Jika adik-adik butuh ’bocoran’ butir soal Ujian Nasional tahun 2013, maka adik-adik bisa download di http://pak-anang.blogspot.com/2012/11/prediksi-soal-un-fisika-sma-2013.html. Semua soal tersebut disusun sesuai kisi-kisi SKL UN tahun 2013 yang dikeluarkan secara resmi oleh BSNP tanggal 20November 2012 yang lalu.

Kisi-kisi SKL UN SMA tahun 2013 untuk versi lengkap semua mata pelajaran bisa adik-adik lihat di http://pak-anang.blogspot.com/2012/11/kisi-kisi-skl-un-2013.html.

Terimakasih, Pak Anang.

TRIK SUPERKILAT:

𝑊 = Luas segitiga

=1

2 . 10 . (4 . 10⁵)

= 2,0 . 10⁶ J

Tanda negatif karena berlawanan arah jarum jam.

Bimbel UN Fisika SMA Program IPA by Pak Anang (http://pak-anang.blogspot.com) Halaman 90 SKL 4. Menganalisis konsep dan prinsip gelombang, optik dan bunyi dalam berbagai penyelesaian masalah

dan produk teknologi.

4.1 Menentukan ciri-ciri dan besaran fisis pada gelombang.