Siklus Termodinamika

siklus termodinamika

1. Pengertian proses keliling (siklus)

Mengubah usaha menjadi kalor dapat dilakukan secara terus menerus.Tetapi mengubah kalor menjadi usaha tidak semudah itu karena menyangkut terbatasnya ruang tempat gas.Untuk dapat mengubah kalor menjadi usaha secara terus menerus,haruslah diupayakan agar gas yang telah melakukan usaha itu dikembalikan ke keadaan semula.Proses seperti ini disebut proses keliling atau siklusatau daur.Usaha luar total dapat dinyatakan:

∆W = W_ab - W_bc atau ∆W = luas daerah abca.

Dalam penerapannya,suatu proses keliling (siklus) dilakukan di dalam sebuah mesin kalor,Misalnya :

· Mesin Otto,siklusnya disebut siklus Otto

· Mesin Diesel,siklusnya disebut siklus Diesel

· Mesin uap,siklusnya disebut siklus Rannkine

2. Mesin Carnot

Sekitar tahun 1824 seorang insinyur dan ahli fisika bernama Sardi Carnot,telah berhasil menciptakan suatu landasan teori tentang siklus dalam suatu mesin ,yang kemudian disebut mesin carnot dan siklunya disebut siklus carnot.Mesin carnot merupakan mesin kalor ideal yang bekerja secara siklus dan dapat dibalik (reversibel) diantara dua suhu.

Mesin carnot dibayangkan sebagai mesin yang terdiri atas sebuah silinder berisi gas ideal dan ditutup dengan pengisap (piston) yang dapat bergerak bolak-balik dalam silinder.Dalam mesin carnot terjadi suatu proses yaitu gas mengalami pemuaian isotermal,menyerap kalor dari reservoir suhu tinggi dan melakukan usaha,kemudian gas mengalami pemuaian adiabatik dan melakukan usaha,selanjutnya gas mengalami pemampatan isotermal,membuang kalor ke reservoirsuhu rendah ,usaha dilakukan pada gas.

Karena dalam suatu siklus,gas kembali ke keadaan semula,maka tidak ada perubahan energi dalam (∆U= 0).Oleh karena itu usaha yang dilakukan gas (∆W) dalam satu siklus adalah :

∆Q=∆U + ∆W → +Q₁ – Q₂ = 0 + ∆W

W = Q₁ – Q₂

dengan Q₁ adalah kalor yang diserap reservoir suhu tinggi T₁

Q₂ adalah kalor yang dibuang ke reservoir suhu rendah T₂

 ∆W adalah usaha dalam satu siklus

3. Efisiensi Mesin Carnot

Mesin carnot adalah mesin yang paling efisien,yang siklusnya merupakan siklus teoritik saja. Skema yang menggambarkan perubahan kalor menjadi usaha pada mesin kalor, termasuk mesin carnot.

· Pada mesin uap, resevoir bersuhu tinggi adalah ketel uap dan reservoir bersuhu rendah adalah lingkungan mesin itu.

· Pada mesin pembakaran, resevoir bersuhu tinggi adalah campuran bahan bakar dan udara yang di bakar dalan silinder sedangkan resevoir bersuhu rendah adalah lingkungan mesin itu.

Untuk menghasilkan usaha W, mesin memerlukan energi. Perbandingan antara usaha yang dihasilkan dengan kalor yang diserap oloeh mesin disebut efisiensi mesin.

Efisiensi mesin : η=W: Q₁ x 100% atau η=(1-Q₂/Q₁) x 100%

Rumusan efisiensi mesin secara umum dan efisiensi mesin carnot di atas, menggambarkan bahwa efisiensi mesin tidaklah mungkin mencapai 100%. Karena tidak mungkin semua kalor yang di serap mesin seluruhnya di ubah menjadi usaha. Tetapi menurut carnot, dari semua mesin yang bekerja dengan menyerap kalor dari resevoir T₁(bersuhu tinggi) dan melepas kalor ke resevoir T₂(bersuhu rendah) tidak ada yang seefisien mesin carnotENTROPI

Konsep entropi berhubungan dengan salah satu cara tinjauan hukum kedua termodinamika. Entropi adalah suatu ukuran banyaknya energi atau kalor yang tidak dapat di ubah menjadi usaha. Seperti halnya energi dalam, entropi termasuk fungsi keadaan, sehingga harga entropi hanya bergantung pada kedudukan awal dan kedudukan akhir sistem dan tidak bergantung pada lintasan yang ditempuh untuk mencapai keadaan akhir itu. Jadi, untuk suatu siklus termodinamika, dimana gas dimulai dari suatu keadaan menempuh lintasan tertentu dan kembali lagi ke kedudukan semula, perubahan entropinya (∆S) sama dengan nol (∆S=0).

Jika suatu sistem pada suhu mutlak T mengalami suatu proses reversible dengan menyerap sejumlah kalor Q, maka kenaikan entropi (∆S) dinyatakan : ∆S=(Q/T) dengan ∆S= kenaikan (perubahan) entropi, satuannya J/K atau JK^-1.

Proses reversibel dan ireversibel

Proses reversibel adalah proses yang dapat dibalik arahnya ke keadaan semula dengan memberikan pengaruh atau kondisi tertentu tetapi tanpa menimbulkan perubahan pada sistem lain proses reversibel, dalam kenyataanya sukar dilakukan. Jadi adanya hanya dalam konsep. Kebalikan dari proses ini adalah proses ireversibel, dimana usaha yang diperoleh kurang dari usaha yang diperlukan untuk mengendalikan sistem ke keadaan semula. Umumnya semua proses di alam semesta merupakan prosesireversibel.