Siklus Carnot merupakan siklus yang mengubah panas dari hasil reaksi pembakaran menjadi gerak mekanik sepenuhnya pada mesin Carnot. Siklus Carnot pertama kali ditemukan oleh Sadi Carnot seorang insinyur Perancis pada tahun 1824.

Mesin yang digunakan pada siklus Carnot disebut dengan Mesin Kalor Carnot dan siklus Carnot yang dibalik dinamakan dengan siklus Carnot terbalik serta mesin yang digunakan disebut dengan Mesin Refrigerasi Carnot.

Perlu kamu ketahui bahwa dalam bidang konversi energi, siklus Carnot adalah cara yang paling baik dan ideal untuk mengubah energi panas menjadi energi mekanis dan juga siklus Carnot ini tidak menimbulkan pemborosan energi.

Siklus Carnot menggabungkan dua langkah proses isotermal dan dua proses adiabatik. Pada proses isotermal pertama terjadi pada temperatur lebih tinggi, zat mengalami ekspansi dan menyerap kalor. Kemudian proses isotermal kedua terjadi pada temperatur yang rendah, lalu zat mengalami kompresi dan melepas kalor.

Garis isotermal pertama dan garis isotermal kedua akan dihubungkan oleh dua proses adibatik. Proses adiabatik pertama, zat akan mengalami ekspansi, dan pada proses adibatik kedua, zat akan mengalami kompresi.

Tahapan Siklus Carnot

Siklus Carnot  terdiri dari 4 tahapan yang perlu kamu ketahui, berikut ini proses siklus Carnot yang perlu kamu ketahui yaitu:

1. Ekspansi isothermal reversible

Proses pertama yaitu Ekspansi Isothermal Reversible dimana material akan menyerap kalor Q₁ dari reservoir kalor pada temperatur T₁ dan sistem akan melakukan kerja.

2. Ekspansi adiabatic reversible

Proses kedua ini merupakan proses dimana working substance temperaturnya dari T₁ menjadi T₂ berkurang.

3. Kompresi isothermal reversible

Pada proses ini working substance akan melepaskan kalor Q₂ ke reservoir dingin dengan temperatur T2.

4. Kompresi adiabatic reversible

Pada tahap terakhir ini, working substance dikembalikan pada keadaan awal, temperatur sistem berubah dari T₂ menjadi T₁ dan kerja dikenakan terhadap sistem.

Mekanisme kerja siklus carnot

Karena sistem dikembalikan ke keadaan semula, maka perubahan besaran termodinamika seperti energi dalam maupun entalpi sistem adalah nol. Mekanisme kerja siklus carnot menggunakan hukum I termodinamika yang dapat  bagaimana kalor dan kerja pada masing-masing tahap proses siklus carnot.

Misalnya substansi melakukan kerja suatu gas ideal.

1. Proses Ekspansi Isotermal Reversible

dU = đ Qrev – PdV atau dU = đ Qrev + dW

Proses Isotermal dU = 0, sehingga

đ W = đ Qrev = PdV

W₁ = -Q₁ = -nRT ln V₂/V₁

2. Proses Ekspansi Adiabatik Reversibel

Pada proses adiabatic Q = 0, sehingga;

dU = đ W = -PdV

đ W = C_v(T₂-T₁), dimana T₁>T₂

C_v = kapasitas panas pada volume tetap

3. Proses Kompresi Isotermal Reversibel

Dengan menggunakan penjelasan yang hampir mirip dengan proses ekspansi isotermal reversibel, maka diperoleh rumus kerja pada proses ini adalah:

W₃ = -Q₂ = -nRT ln V₄/V₃, dimana V₃>V₄

4. Proses Kompresi Adiabatik Reversibel

Dengan menggunakan penjelasan yang hampir sama dengan proses ekspansi adiabatik reversibel. Maka diperoleh rumus kerja untuk proses ini adalah:

W₄ = C_v (T₁-T₂), dimana T₁>T₂

Total W yang dilakukan oleh mesin carnot dalam satu siklus adalah

W = W₁ + W₂ + W₃ + W₄

W = -nRT ln V₂/V₁ + C_v (T₂-T₁) – nRT ln V₄/V₃ + C_v (T₁-T₂)

W = -nRT ln V₂/V₁ – nRT ln V₄/V₃

W = -Q₁ – Q₂

Q₂ berharga negatif karena V₄<V_3. 

Dalam efisiensi mesin carnot, η merupakan perbandingan antara mesin dengan kalor yang diserap oleh Q₁

η = -W/Q₁

η = (Q₁-Q₂)/Q₁ = 1-Q₂/Q₁

Dari rumus di atas menyatakan bahwa kalor Q₁ akan diserap oleh reservoir kalor yang temperaturnya T_­1, dan kemudian kalor Q₂ dilepaskan menuju ke reservoir kalor yang temperaturnya T₂. Kalor yang dikirim tergantung pada beda atau tidaknya temperatur antara dua reservoir tersebut.

Temperatur reservoir tersebut disebut dengan temperatur termodinamika T.

Karena Q₂/Q₁ sebanding dengan temperatur termodinamika dari reservoir, maka efisiensi mesin Carnot dapat dinyatakan sebagai berikut:

η = 1-T2/T1

Keterangan:

η : efisiensi mesin Carnot
T₁ : suhu reservoir bersuhu tinggi (K)
T₂ : suhu reservoir bersuhu rendah (K)

Dari hasil yang diperolehnya, Carnot menyampaikan hasil teorema bahwa tidak ada mesin kalor yang bekerja antara dua reservoir kalor mempunyai efisiensi lebih besar dari mesin Carnot yang bekerja pada dua reservoir kalor yang sama.

Kesimpulan

Itulah pembahasan mengenai siklus carnot yang perlu kamu ketahui mulai dari pengertian, tahapan, dan juga mekanisme siklus carnot.

Jadi pembahasan tersebut dapat disimpulkan bahwa siklus carnot merupakan  siklus yang mengubah panas hasil reaksi pembakaran menjadi gerak mekanik sepenuhnya melalui mesin carnot.

Siklus carnot ini adalah rujukan dalam proses konversi energi dalam ilmu termodinamika dan siklus carnot tidak menimbulkan pemborosan energi. Perlu kamu ketahui bahwa siklus carnot menggabungkan dua langkah proses adiabatik dan dua langkah proses isotermal.

Sifat dari siklus carnot yaitu tertutup dan dapat diulang. Proses siklus carnot pertama dimulai pada ekspansi isotermal pada suhu tinggi, lalu dilanjutkan dengan ekspansi adiabatik, berlanjut ke kompresi isotermal pada suhu tinggi, dan langkah terakhir adalah kompresi adiabatik.

The post Siklus Carnot: Pengertian, Tahapan dan Mekanisme appeared first on HaloEdukasi.com.