Sejarah Mesin Carnot siklus otto

BELLA, YULIZA, OKTA, RAYYAN

Dosen Pembimbing : Drs Elmi

Mahzum,M.I.T

Penulis : Bella, Okta, Raiyan,

KELOMP

OK 7

KATA PENGANTAR

Dengan menyebut nama Allah SWT yang Maha Pengasih lagi Maha Penyayang, Kami panjatkan puja dan puji syukur atas kehadirat-Nya, yang telah melimpahkan rahmat, hidayah dan inayah-Nya kepada kami, sehingga kami dapat menyelesaikan makalah ilmiah tentang sejarah fsikaaan Carnot dan temuan-temuannya.

Makalah ilmiah ini telah kami susun dengan maksimal dan mendapatkan bantuan dari berbagai pihak sehingga dapat memperlancar pembuatan makalah ini. Untuk itu kami mengucapkan banyak terima kasih kepada semua pihak yang telah berkontribusi dalam pembuatan makalh ini.

Terlepas dari semua itu, Kami menyadari sepenuhnya bahaa masih ada kekurangan baik dari segi susunan kalimat maupun tata bahasanya. Oleh karena itu dengan tangan terbuka kami menerima segala saran dan kritik dari pembaca agar kami dapat memperbaiki makalah ilmiah ini.

Akhir kata kami berharap semoga makalah ilmiah tentang sejarah fsikaaan Carnot dan temuan-temuannya ini dapat memberikan manfaat maupun inspirasi terhadap pembaca.

KATA PENGANTAR

i

DAFTAR ISI

ii

BAB 1 PENDAHULUAN

1. LATAR BELAKANG 1

2. RUMUSAN MASALAH 2

3. TUJUAN 2

BAB II PEMBAHASAN : NICOLAS LEONARD SA’DI CARNOT

1. Sejarah Hidup 3

2. Sejarah Penemuan Konsep 4

3. Pengembangan Konsep 5

4. Termodinamika 5

5. Mesin kalor 7

6. Siklus Carnot 9

7. Aplikasi Konsep 14

8. Pengembangan Konsep Kedepan 15

BAB III KESIMPULAN

SARAN

BAB I

PENDAHULUAN

1. LATAR BELAKANG

Dalam mempelajari fsika umumnya orang hanya mempelajari konsep-konsep yang sudah ada dan telah dikembangkan. Orang-oran yang mempelajarinya hanya berfokus bahaa harus memahami apa yang dipelajarinya. Kecendrungan untuk mengetahui orang-orang yang merumuskan konsep-konsep yang dipelajarinya pun hampir tidak pernah dipelajari. Dalam fsika sangat banyak penemu-penemu maupun orang yang merumuskan konsep-konsep yang kita pelajari sekarang. Salah satu contohnya adalah neaton dengan konsep-konsepnya pada benda memberi gerak dan diam, keepler dengan hukum penemunya dan apa yang dirumuskan. Untuk bagian fsika klasik yang akan dibahas oleh Nicolas Leonard Sa’di Carnot. Mengapa kita mempelajari beliau? Itu karena biasanya kita seharusnya tahu pula siapa orang yang menemukan dan merumuskan konsep yang kita pelajari selama ini di fsika.

Dengan berkembangnya ilmu pengetahuan dan teknologi, maka prinsip alamiah dalam berbagai proses termodinamika direkayasa menjadi berbagai bentuk mekanisme untuk membantu manusia dalam menjalankan kegiatannya. Mesin-mesin transportasi darat, laut, maupun udara merupakan contoh yang sangat kita kenal dari mesin konversi energi, yang merubah energi kimia dalam bahan bakar atau sumber energi lain menjadi energi mekanis dalam bentuk gerak atau perpindahan diatas permukaan bumi, bahkan sampai di luar angkasa. Dalam kehidupan sehari-hari banyak penerapan atau aplikasi dari ilmu termodinamika. Salah satunya adalah aplikasi termodinamika pada Mesin Carnot.

2. RUMUSAN MASALAH

Sesuai dengan latar belakang diatas yang menjadi rumusan masalah adalah bagaimana sejarah penemuan-penemuan dan konsep fsika(fsika klasik) yang di rumuskan oleh Nicolas Leonard Sa’di Carnot. Termasuk juga keterkaitan dengan termodinamika, dan salah satu aplikasi dari termodinamika yaitu mesin Carnot.

3. TUJUAN

BAB II

PEMBAHASAN

Nicolas Leonard Sa’di Carnot(Fisika klasik) 1. Sejarah Hidup

Nicolas Leonard Sa’di Carnot di Paris Perancis pada tanggal 1 juni tahun 1796. Ia adalah seorang fsikaaan perancis. Ayahnya adalah Lazare Carnot. Seorang ilmuan, peraira, dan politikus. Nicolas Leonard Sa’di Carnot dinamai seorang penyair asal persia Sa’di. Di baaah bimbingan sang ayah Sadi Carnot mulai menunjukkan bakat besarnya ia dikirim ke Lycee Charlemagne di Paris guna. Mempersiapkan diri untuk menghadapi ujian masuk Eciole Polytechnique, yang terletak di paris. Umur 16 tahun usia yang minimum masuk Ecole, Carnot mulai belajar di Ecole. Nama-nama terkenal seperti poisson, Ampere dan Arago adalah beberapa gurunya. Disini Carnot menjadi satu kelas dengan chasles yang akan menjadi teman akrab sepanjang hidupnya. Carnot lulus pada tahun 1814, tetapi sebelum ia lulus ia menggalang gerakan mahasisaa menentang kebijakan Napoleon. Setelah lulus, Carnot melanjutkan studi di Ecole du genie di Metz dan selama dua tahun mempelajari rekayasa militer.

mengangkat Lazare(ayah Nicolas Carnot) menjadi menteri dalam negeri dan menempatkan Sadi Carnot pada posisi yang sulit dalam akademi militer karena posisi ayahnya relatif tinggi. Oktober 1815, Napoleon menderita kekalahan dan Lazare melarikan diri ke Jerman dan tidak pernah lagi menginjakkan kakinya ke bumi Perancis lagi.

Nicolas Carnot hidup terlunta-lunta, karir dalam bidang militer untuk Sadi siring dengan mengungsinya sang ayahanda ke Jerman. Nasib Sadi makin tak jelas. Pindah dari satu kota ke kota lain, mencari pekerjaan sesuai dengan bidangnya, memeriksa persiapan dan peralatan di benteng-benteng, membuat gambar-gambar dan menulis laporan tidak pernah diperolehnya. Nasibnya tidak membaik karna semua surat rekomendasinya di anggap sebagai angin lalu belaka. Tidak puas dengan situasi ini, Sadi memutuskan untuk memanfaatkan ilmu yang didapat dari pelatihan dengan mendaftar, sebelum akhirnya diterima untuk bergabung dalam Korps Staf umum yang berkedudukan di paris, termasuk di Sorbonne dan Perancis collage. Nicolas Sadi Carnot meninggal dunia dalam usuia yang relatif muda, pada usia 36 tahun karna menderita penyakit kolera.

2. Sejarah Penemuan Konsep

berusaha mengembangkan teori tentang mesin uap. Sesampainya di Paris, Sadi sudah fokus dengan cita-citanya yaitu memulai dengan mengerjakan teori tentang kalor(panas) dan membantu menjabarkan teori termodinamika modern. Apa yang ada di otak Sadi adalah bagaimana merancang mesin uap dengan baik? Tenaga uap mempunyai banyak manfaat : Mengeringkan air dalam pertambangan, mengangkat air dari sungai untuk irigasi, menggiling biji-bijian, memintal benang tapi saat itu belum efesien. Jaman ini mesin-mesin uap masih diimpor dari Inggris karena belum ada insinyur dan designer mesin Perancis yang memahaminya. Mesin-mesin buatan Inggris sudah dilengkapi dengan spesifksi : Jenis/tipe mesin, mesin tekanan tinggi/rendah.

3. Pengembangan Konsep

Mesin Carnot adalah mesin kalor hipotesis yang beroprasi dalam suatu siklus reversible yang disebut siklus Carnot. Model dasar mesin ini dirancang oleh Nicolas Leonard Sadi Carnot, seorang insinyur militer perancis pada tahun 1824. Mesin model Carnot kemudian dikembangkan secara grafs oleh Emile Clapeyron, dan diuraikan secara matematis oleh Rudolf Clausiusdan Clapeyron. Setiap sistem termodinamika berada dalam keadaan tertentu. Sebuah siklus termodinamika terjadi ketika suatu sistem mengalami rangkaian keadaan-keadaan yang berbeda, dan akhirnya kembali ke keadaan semula. Dalam melalui proses siklus ini, sistem tersebut dapat melakukan usaha terhadap lingkungannya, sehingga disebut mesin kalor.

dimana gaya eksternal yang dikerjakan pada suatu mesin kalor dapat menyebabkan proses yang memindahkan energi panas dari daerah yang lebih dingin ke energi panas.

4. Temodinamika

Aplikasi Thermodinamika

Prinsip dan metode thermodinamika digunakan oleh para insinyur untuk merancang mesin-mesin pembakaran internal, pembangkit energi nuklir dan konvensional, sistem pengondisi udara, sistem penggerak propulasi roket, misil, pesaaat terbang, kapal, mesin Carnot, sistem magnet dan listrik dan sistem thermolistrik.

Hukum- Hukum Dasar Termodinamika

Terdapat empat Hukum dasar yang berlaku di dalam sistem termodinamika, yaitu :

1. Hukum Awal (Zeroth Laa) Termodinamika

Hukum ini menyatakan bahaa dua sistem dalam keadaan setimbang dengan sistem ketiga, maka ketiganya dalam saling setimbang satu dengan lainnya. Hal ini dikarenakan kalor yang terdapat pada sistem berupa partikel yang bervibrasi, partikel tersebut berpindah dan mengalirkan energinya ke partikel disebelahnya.

2. Hukum Pertama Termodinamika

Aliran kalor / kerja (usaha) yang dialami oleh suatu sistem dapat menyebabkan sistem tersebut memperoleh atau kehilangan energi, tetap secara keseluruhan energi itu tidak ada yang hilang, energi tersebut hanya mengalami perubahan. Hukum I Thermodinamika:

Untuk setiap proses , apabila kalor Q diberikan kepada sistem dan sistem melakukan usaha W, maka selisih energi, Q – W, sama dengan pebahan energi dalam ∆U dari sistem :

3. Hukum kedua Termodinamika

Hukum kedua thermodinamika membatasi perubahan energi mana yang dapat berlangsung dan perubahan energi mana yang tidak dapat berlangsung. Pembatasan ini dapat dinyatakan dengan berbagai cara, yaitu:

1. Rudolf Clasius (1822-1888) menyatakan rumusan Clasius tentang hukum II thermodinamika dengan pernyataan aliran kalor.

Kalor mengalir secara spontan dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah dan tidak mengalir secara spontan dalam arah kebalikannya.

2. Hukum II thermodinamika dinyatakan dalam entropi:

Total entropi jagad raya tidak berubah ketika proses reversible terjadi dan bertambah ketika proses ireversibel terjadi.

tentang hukum thermodinamika tentang mesin kalor.

Tidak mungkin membuat suatu mesin kalor yang bekerja dalam suatu siklus yang semata-mata menyerap kalor dari sebuuah reservoir dan mengubah seluruhnya menjadi usaha luar.

4. Hukum ketiga Termodinamika

Hukum ketiga termodinamika terkait dengan temperatur nol absolut. Hukum ini menyatakan bahaa pada saat suatu sistem mencapai temperatur nol absolut, semua proses akan berhenti dan entropi sistem akan mendekati nilai minimum. Hukum ini juga menyatakan bahaa entropi benda berstruktur kristal sempurna pada temperatur nol absolut bernilai nol.

5. Mesin kalor

Mesin Kalor didefnisikan sebagai alat yang mengubah kalor menjadi energi mekanis atau lebih tepat suatu sistem yang bekerja secara terus menerus dan hanya kalor dan usaha yang dapat melalui permukaan batasnya.

Q = Q

p

–

Q

D

W = QP – QD

(Siklus Daya)

Perubahan energi dalam mesin kalor secara skematis diberikan pada gambar diatas. Lingkaran menggabarkan mesinnya sendiri. Kalor QP yang diberikan kepada mesin

oleh tandon kalor adalah sebanding dengan luas penampang pipa. Kalor QD yang terbuang melalui saluran

pembuangan ke tandon dingin berbanding lurus dengan lua penampang pipa keluar. Sebagian kalor diubah menjadi kerja mekanis W yang dilukiskan pada pipa cabang kekanan. Jadi QP adalah kalor yang diserap oleh

mesin dan QD adalah kalor yang dibuang oleh mesin per

siklus. Kalor neto yang diserap adalah: Ket :

Siklus yang menghasilkan kerja neto yang dipindahkan ke lingkungan pada setiap siklus disebut siklus daya.

menunjukkan bahaa tidak semua kalor yang diserap diubah menjadi kerja.

6. Siklus Carnot

Siklus Carnot adalah proses termodinamika yang dialami oleh zat kerja (aorking substance) pada mesin Carnot. Siklus ini terdiri atas dua proses isotermal dan dua proses adiabatik. Pada proses isotermal pertama yang terjadi pada temperatur lebih tinggi, zat mengalami ekspansi dan menyarap kalor. Proses isotermal kedua, yang terjadi pada temperatur rendah, zat mengalami kompresi dan melepas kalor. Garis isotermal pertama dan kedua dihubungkan oleh dua proses adiabatik. Adiabatik pertama zat mengalami ekspansi, sedangkan adiabatik kedua zat mengalami kompresi.

Siklus Carnot terdiri dari empat tahapan proses, sebagai berikut:

Proses 1 : Ekspansi isotermal reversible, reversible, dimana aorking substance berkurang tem Proses Isothermal pertama pada siklus carnot ini terjadi pada temperatur tinggi, zat akan mengalami ekspansi dan penyerapan kalor.

Dimana kalor Q1 diserap dari reservoir kalor ( tempat

kalor ) pada temperatur T1 dan sistem bekerja. Reservoir

dengan suhu yang tinggi akan menyentuh dasar silinder dan jumlah beban di atas piston berkurang. Temperatur sistem tetap, namun volume sistem bertambah selama proses berlangsung

Proses 2 : Proses Adiabatik pertama ini terjadi zat akan mengalami ekspansi

Dimana zat akan mengalami penurunan temperatur dari T1 menjadi T2 dan sistem bekerja. Tidak ada kalor yang

mengurangi beban yang ada di atas piston. Temperatur sistem akan turun dan volumenya bertambah.

Proses 3 : Kompersi isothermal reversible, dimana aorking substance

melepaskan kalor Q₂ ke reservoil dingin dengan temperatur T₂ dan kerja dikenakan terhadap sistem. Proses Isothermal kedua ini terjadi pada temperatur rendah, zat akan mengalami kompresi dan kalor akan dilepaskan.

Dimana zat melepaskan kalor Q2 ke reservoir dingin

dengan temperatur

T2 dan sistem dikenai kerja. reservoir dengan suhu 200 K

menyentuh dasar

silinder dan jumlah beban di atas piston bertambah. Tekanan pada sistem

meningkat, temperaturnya konstan, dan volume sistem menurun. Dari keadaan 3

ke keadaan 4, sejumlah kalor (Q2) dipindahkan dari gas ke

reservoir suhu rendah

untuk menjaga temperatur sistem agar tetap.

Proses 4 : Kompresi adiabatic reversible, dimana aorking substance

dikembalikan ke keadaan aaal (semula), temperatur sistem berubah dari T₂

menjadi T₁ dan kerja dikenakan terhadap sistem.

Dimana zat akan dikembalikan ke keadaan semula, temperatur sistem akan berubah dari T2 menjadi T1 dan

W

1 = -Q1

= -nRT ln

Keempat proses di atas dilukiskan dalam bentuk diagram P versus V, seperti di baaah ini :

Gambar 1. Grafk siklus carnot

Karena sistem dikembalikan ke keadaan semula, maka perubahan besaran keadaan (besaran termodinamika) seperti energi dalam maupun entalpi sistem proses adalah nol. Dengan menggunakan hukum I termodinamika dapat dihitung kalor dan kerja pada masing-masing tahap proses di atas.

Misalnya substansi melakukan kerja aadaalah suatu gas ideal.

Proses Ekspaansi Isotermal Reversible

Ket :

Pada proses adiabatik Q= 0, sehingga

W = Cv(T2 – T1).

Dimana T1 > T2

W3 = -Q2 = -nRT ln V4/V3

Dimana V3 > V4

W4 = Cv (T1 – T2)

R : Tetapan umum gas (8,31 J/molK) T : Suhu (Kelvin)

V1 : Volume Aaal (Liter)

V2 : Volume Akhir

(Liter)

Proses Ekspansi Adiabatik Reversibel Ket :

CV : Kapasitas kalor

(J/K)

T1 : Suhu aaal

(Kelvin)

T2 : Suhu akhir

(Kelvin)

Proses Kompresi Isotermal Reversible

Dengan menggunakan penjalasan yang mirip dengan proses ekspansi isotermal reversible, maka diperoleh kerja pada proses ini adalah :

Proses Kompresi Adiabatik Reversible

W = -Q + Q2

Atau

-W = Q1 – Q2

e = (Q1-Q2)/ Q1

= 1 – Q2/Q1

Total kerja, W yang dilakukan oleh mesin carnot dalam satu siklus adalah:

Q₂ berharga negatif kaarena V₄.

Sesuai dengan fakta bahaa kalor ini dilepaskan oleh sistem. Dengan demikian,

Kerja yang dilakukan oleh mesin adalah selisih antara kalor yang diserap, Q₁ dengan kalor yang dilepaskan Q₂.

Efesiensi mesin carnot, e adalah perbandingan antara kerja yang dilakukan mesin dengan kalor yang diserap,Q₁.

Sejumlah kalor Q₁ diserap dari reservoil kalor yang temperaturnya T₁, sejumlah kalor Q₂ di lepaskan ke reservoil kalor yang temperaturnya T₂ dan kerja dilakukan oleh sistem, demikian seterusnya. Kalor yang ditransfer tergantung pada beda temperatur antara dua reservoil tersebut.

W = W1 + W2 + W3 + W4

W = -nRT ln V2/V1 + Cv (T2 – T1) – nRT ln

V4/V3

W = -nRT ln V2/V1 – nRT ln V4/V3

e = 1 – T2/

T1

Temperatur reservoil ini disebut temperatur termodinamika T. Karena Q₂/Q₁ sebanding dengan termodinamika dari reservoil, maka efesiensi mesin carnot dapat dinyatakan sebagai berikut :

Ket :

Simpulan dari rumusan efesiensi mesin Carnot :

Semua mesin Carnot yang bekerja pada dua reservoir yang sama mempunyai efesiensi yang sama.

Efesiensi mesin kalor tidak tergantung pada jenis material(aorking subtance) yang digunakan.

Temperatur termodinamika tidak tergantung pada jenis material(aorking substance).

7. Aplikasi Konsep

Temuan dari hasil pemikiran Carnot diaplikasikan dalam berbagai bidang yang kemudian digunakan secara luas sampai saat ini diantaranya :

 Pesaaat pendingin misalnya : kulkas, air conditioner(AC) yang menggunakan daur kalor yang menghasilkan kerja terhadap zat.

Gambar 1

Gambar 2

8. Pengembangan Konsep Kedepan

Mesin Carnot mempunyai beberapa kelemahan diantaranya :

 Proses pindah panas dengan menggunakan gas yaitu sebuah media yang mempunyai kapasitas panas tertentu dan terbatas.

Dari kelemahan mesin Carnot tersebut diharapkan ada ilmuan fsika yang menyempurnakan kekurangan pada mesin Carnot menjadi lebih baik lagi.

BAB III

KESIMPULAN

Dari pembahasan makalah di atas dapat disimpulkan bahaa Nicolas Sadi Carnot menemukan dan merumuskan hukum kedua termodinamika dan memberikan model universal atas mesin panas, sebuah mesin yang mengubah energi panas kedalam bentuk energi lain, misalnya energi kinetik (sekarang bernama siklus Carnot) atau biasa disebut mesin Carnot. Maka dapat diambil kesimpulan Efsiensi mesin carnot dapat ditingkatkan dengan menaikkan temperatur saat reservoir bertemperatur tinggi , atau menurunkan temperatur saat reservoir bertemperatur rendah.

SARAN

DAFTAR PUSTAKA

Anonym. 2015. Siklus Carnot. Dari http://fsikazone.com/siklus-carnot/. Diakses pada 23 februari 2016.

Anonym. 2015. Siklus Carnot. Dari

http://mtdp.blogspot.co.id/2015/01/siklus-carnot.html. Diakses pada 23 februari 2016.