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.

Apa itu Suhu?

Suhu adalah derajat panas dari suatu benda. Indra perasa, seperti kulit mampu mendeteksi seberapa tinggi derajat panas pada suatu benda. Namun, indra perasa bukan alat pengukur yang dapat menunjukan nilai akurat.

Nilai akurat suhu suatu benda dapat diperoleh dengan menggunakan alat ukur. Alat ukur suhu yang dapat menunjukkan derajat panas secara kuantitatif adalah termometer.

Suhu memiliki skala yang sering dikenal dengan sebutan Celcius. Namun, skala suhu berdasarkan Standar Internasional (SI) adalah skala Kelvin. Adapun skala lain yang juga dikenal adalah Fahrenheit dan Reamur.

Apa itu Kalor?

Kalor adalah energi panas yang berpindah dari benda yang memiliki suhu lebih tinggi ke benda yang memiliki suhu lebih rendah. Energi panas terdapat di setiap benda, sehingga benda tersebut memiliki tingkat panas tertentu.

Kalor tidak memiliki alat ukur tertentu seperti suhu, namun kalor dapat dihitung menggunakan sebuah rumus seperti di bawah ini:

Q = c x m x ∆t

Kalor memiliki satuan dalam Standar Internasional (SI) yang sering disebut dengan Joule (J). Di dalam tubuh juga ditemukan kalor yang didapatkan dari zat gizi makanan yang mengandung energi kimia berubah menjadi energi panas (kalor). Satuan kalor dalam hal ini disebut dengan Kalori (Kal) atau kilokalori (kkal).

Lalu bagaimana Suhu dan Kalor mempengaruhi perubahan wujud benda?

Perubahan yang Dipengaruhi Suhu

Suhu dapat mempengaruhi perubahan wujud benda ketika terjadi kenaikan atau penurunan. Perubahan suhu dari rendah ke tinggi dapat menjadikan benda memiliki ukuran yang lebih besar. Pertambahan ukuran pada benda ini disebut dengan pemuaian.

Perubahan suhu dari tinggi ke rendah dapat menjadikan benda memiliki ukuran yang lebih kecil. Berkurangnya ukuran pada benda ini disebut dengan penyusutan. Pemuaian dan penyusutan dapat ditemukan pada benda padat, cair, dan gas.

Contoh Peristiwa Perubahan Wujud Akibat Suhu

Pemuaian dan penyusutan pada benda dapat ditemukan pada peristiwa-peristiwa tertentu. Contoh peristiwa pemuaian dan penyusutan diantaranya adalah:

• Gelas yang pecah akibat air panas yang dituanagkan ke dalamnya.
• Sambungan besi baja di jembatan atau rel kereta api yang melengkung.
• Daun pintu yang tidak dapat ditutup karena tidak dapat masuk ke dalam bingkai pintunya.
• Memompa ban yang tidak sesuai ukuran dan terlalu keras.

Perubahan yang Dipengaruhi Kalor

Kalor dapat mempengaruhi perubahan wujud benda ketika terjadi perpindahan. Perpindahan kalor dapat terjadi dengan adanya benda lain yang menerima atau melepaskan panas. Banyak peristiwa akibat dari perpindahan kalor ini.

Ada banyak jenis peristiwa perpindahan kalor, diantaranya adalah penguapan, pengembunan, peleburan, pembekuan, penyubliman, dan pengkristalan. Dari seluruh peristiwa tersebut pasti memerlukan atau melepaskan kalor.

Contoh Peristiwa Perubahan Wujud Akibat Kalor

Dalam kehidupan sehari-hari peristiwa perpindahan kalor tersebut sering dijumpai, contohnya adalah peristiwa perpindahan kalor diantaranya adalah:

1. Penguapan adalah peristiwa yang memerlukan adanya kalor. Peristiwa ini adalah perubahan wujud cair menjadi gas. Contohnya:
   • Air kolam dapat menyejukkan udara di lingkungan sekitar.
   • Alkohol yang dibiarkan di udara terbuka akan habis.
   • Baju yang dijemur menjadi kering
2. Pengembunan adalah peristiwa yang melepaskan kalor. Peristiwa ini adalah perubahan wujud gas menjadi cair. Contohnya:
   • Saat berolahraga tubuh mengeluarkan keringat.
   • Terdapat titik-titik air di dedaunan saat matahari mulai terbit.
   • Awan mendung yang tertiup angin kemudian tujun hujan.
3. Peleburan adalah peristiwa yang memerlukana adanya kalor. Peristiwa ini adalah perubahan wujud padat menjadi cair. Contohnya:
   • Logam yang dipanaskan pada suhu tinggi akan mencair.
   • Ice cream yang tidak lekas habis dimakan akan mencair.
   • Coklat yang dilelehkan.
4. Pembekuan adalah peristiwa yang melepaskan kalor. Peristiwa ini adalah perubahan wujud cair menjadi padat. Contohnya:
   • Darah yang keluar akibat luka lama-lama akan mengering apabila dibiarkan.
   • Air yang disimpan dalam freezer akan menjadi es.
   • Lelehan lilin yang kembali padat.
5. Penyubliman adalah peristiwa yang memerlukan adanya kalor. Peristiwa ini adalah perubahan wujud padat menjadi gas. Contohnya:
   • Pengharum lemari yang lama-kelamaan akan habis.
   • Es kering buatan pabrik akan menguap menjadi asap.
   • Arsenik padat yang dipanaskan.
6. Pengkristalan adalah peristiwa yang melepaskan kalor. Peristiwa ini adalah perubahan wujud gas menjadi padat. Contohnya:
   • Knalpot yang lama-kelamaan menghitam karena asap yang dikeluarkan.
   • Terbentuknya bunga es pada dinding freezer.
   • Proses pembuatan garam.

The post Suhu dan Kalor: Perubahan Wujud dan Contohnya appeared first on HaloEdukasi.com.

Berikut penjelasan yang singkat dan padat tentang perbedaan suhu dan kalor.

Perbedaan Berdasarkan Pengertian

Suhu adalah besaran yang menunjukkan derajat atau tingkat panas atau dingin pada suatu benda. Semakin tinggi suhu sebuah benda, berarti semakin panas benda tersebut.

Suhu dapat juga dipahami sebagai sesuatu yang menunjukkan energi yang dipunyai suatu benda. Sebuah benda atau zat yang memiliki suhu tinggi partikel-partikel di dalamnya aktif.

Kalor adalah adalah energi yang berpindah melalui medium dari satu zat ke zat lain.

Kalor mudah diterima dan dilepaskan, hal ini menjadikan suhu sebuah zat naik atau turun. Kalor adalah proses perpindahan energi untuk mencapai keseimbangan energi.

Perbedaan Berdasarkan Alat Pengukur

Besaran suhu dapat diukur menggunakan alat yaitu termometer. Sedangkan Alat yang digunakan untuk mengukur kalor yaitu kalormeter.

Perbedaan Berdasarkan Besaran atau Satuan

Besaran suhu antara lain celsius, kelvin, fahrenheit dan reamur. Besaran celcius adalah besaran yang umum digunakan untuk menyatakan tingkat suhu. Amerika adalah negara yang menggunakan fahrenheit untuk besaran suhu.

Kalor dapat berubah menjadi energi lain misalnya cahaya, listrik dan gerak. Jumlah atau banyaknya energi yang berpindah dinyatakan dengan satuan kalor yaitu Joule atau Kalori.

Kesimpulan Singkat Perbedaan Suhu dan Kalor

Suhu menyatakan ukuran dari energi yang ada pada suatu benda, sedangkan kalor adalah proses perpindahan energi tersebut yang diakibatkan adanya perbedaan suhu pada 2 benda atau zat.

The post 3 Perbedaan Suhu dan Kalor dalam Berbagai Aspek appeared first on HaloEdukasi.com.

Pengertian Kalor

Kalor bisa disebut juga dengan panas. Kalor menurut kamus besar Bahasa Indonesia merupakan tenaga panas yang dapat diteruskan ataupun diterima oleh satu benda ke benda lain secara hantaran (konduksi), penyinaran (radiasi), atau aliran (konveksi).

Kalor dapat bergerak jika kedua benda saling bersentuhan dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah.

Artinya, kalor dapat mempengaruhi perubahan suhu dan bentuk pada zat.

Satuan pada kalor disebut dengan kalori (1 kalori = 4,2 joule sedangkan 1 joule = 0,24 kalori) dan alat untuk mengukur jumlah kalor disebut dengan kalorimeter.

Sejarah Teori Kalor

Pada akhir abad ke-18, ilmuwan bernama Benjamin Thompson mengemukakan bahwa teori kalori yang dipercaya adalah bahwa kalor merupakan fluida yang dapat mengalir ke dalam tubuh ketika dipanaskan dan mengalir keluar ketika didinginkan.

Saat ia meneliti bubuk mesiu, thompson menemukan adanya penyimpangan yang tidak bisa dijelaskan dengan menggunakan teori kalor.

Lalu Benjamin Thompson mengajukan suatu teori baru yang menyatakan bahwa kerja mekanis akan menghasilkan kalor dan kalor tersebut merupakan suatu bentuk gerak.

Namun, teori tersebut banyak bertentangan dengan teori terdahulunya.

Perpindahan Kalor

Kalor dapat berpindah dengan bergerak dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah. Kalor memiliki tiga jenis cara perpindahan, yaitu:

• Konduksi

Perpindahan kalor secara konduksi terjadi karena memiliki zat perantara namun perpindahan partikel zatnya tidak secara permanen.

Contohnya ketika memanaskan air didalam panci, gagang panci akan ikut panas karena adanya perpindahan kalor dari bersuhu tinggi ke bersuhu rendah namun panas dalam gagang panci tidak berlangsung secara permanen.

• Konveksi

Perpindahan kalor secara konveksi disertai dengan perpindahan bagian zat tertentu.

Zat tertentu tersebut dapat berupa zat cair atau zat gas. Perpindahan kalor secara konveksi memiliki dua jenis perpindahan, yaitu konveksi alamiah dan konveksi paksa.

• Radiasi

Perpindahan kalor secara radiasi merupakan perpindahan yang tidak memakai zat perantara atau dapat dikatakan perpindahannya tidak harus bersentuhan agar terjadi perpindahan kalor.

Perpindahan kalor secara radiasi dapat dirasakan dari segala arah.

Kapasitas Kalor

Kapasitas kalor merupakan gambaran besaran terukur yang diperlukan untuk menaikan suhu pada zat dan jumlah tertentu.

Biasanya jumlah yang diperlukan sebesar satu derajat celcius.

Kapasitas kalor dapat dihitung dengan menggunakan rumus sehingga satuan kapasitas kalor pada satuan internasional adalah J/K atau dapat dinyatakan sebagai kal/oC.

Rumus menghitung Kalor

Rumus yang biasa digunakan untuk menghitung kalor, yaitu:

Q = m . c . ∆T

Keterangan:
Q  = Kalor (J)
m = Masa benda (kg)
c = Kalor Jenis (J/Kg/ °C)
∆T= Perubahan suhu (°C)

Rumus dalam kalor yang digunakan untuk menghitung kapasitas kalor, yaitu:

C = Q/∆T

Keterangan:
Q = kalor yang diserap/dilepas (J)
C = kapasitas kalor benda (J/ °C)
∆T = perubahan suhu benda (°C)

Contoh Soal dan Pembahasan

Soal 1

Berapakah besar kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu sebatang alumunium yang massanya 10 kg dari 15 °C menjadi 100 ° C, jika kalor jenis besi 550 J/kg?

Diketahui:
m = 10 kg
∆T = 100-15 = 85 °C
C = 550 J/kg

Ditanya: Q ?

Dijawab:

Q = m . c . ∆T
Q = 10 . 550 . 85
Q = 467500 J 

Soal 2

Diketahui massa aluminium 600 gram dengan suhu 20°C. Aluminium tersebut kemudian menyerap kalor sebesar 1.2 KJ sehingga suhuna naik menjadi 30 °C. Berapakah kalor jenis aluminium tersebut?

Diketahui:
m = 0,6 Kg
Q = 2000 J
ΔT = 20°C-10°C = 10°C

Ditanya: C ?

Dijawab:

C = Q/m.ΔT
C = 1200 /(0,6 . 10)
C = 200 J/kg°C

Soal 3

Air yang mula-mula bersuhu 10^oC dipanaskan hingga bersuhu 35^oC. Jika kapasitas kalor air tersebut adalah 12.558 J/^oC. Berapakan kalor yang diserap air tersebut?

Diketahui:
∆T = 25^oC
C = 12.558 J/^oC

Ditanya: Q ?

Dijawab:

C = Q/∆T
Q = C . ∆T
Q = 12.558 × 25
Q = 313.950 joule.

The post Kalor: Pengertian – Rumus dan Contoh Soal appeared first on HaloEdukasi.com.