Bank Soal Fisika SMA Hukum II Termodinamika

Diketahui:

Suhu reservoir dingin $T_{\text{C}}$ = 400 K

Suhu reservoir panas praoperasi $T_{\text{H}}$ = 1.200 K

Suhu reservoir panas saat beroperasi $T_{\text{H}}'$ = 1.000 K

Ditanya:

Pengurangan efisiensi $\Delta\eta$ = ?

Jawab:

Mesin Kalor adalah mesin yang mengubah energi panas (kalor) menjadi energi dalam bentuk lain (usaha), seperti energi mekanik. Mesin Kalor mampu menghasilkan usaha karena menurut Hukum 2 Termodinamika, kalor mengalir secara spontan dari reservoir panas ke reservoir dingin. Mesin carnot adalah bentuk khusus dari mesin kalor yang sangat ideal di mana kalor yang dialirkan akan berbanding lurus dengan suhu pada reservoir sehingga pada mesin carnot berlaku persamaan efisiensi $\eta=1-\frac{T_{\text{C}}}{T_{\text{H}}}$  di mana $T_{\text{C}}$ merupakan suhu di reservoir dingin dan $T_{\text{H}}$ merupakan suhu di reservoir panas. Suhu harus dinyatakan dalam satuan kelvin. Untuk mesin apa pun yang bekerja pada suhu tertentu, efisiensinya tertinggi yang mungkin dicapai adalah efisiensi mesin carnot.

Hitung besarnya efisiensi pada kondisi praoperasi dan pascaoperasi.

Praoperasi

 $\eta=1-\frac{T_{\text{C}}}{T_{\text{H}}}$

$=1-\frac{400}{1.200}$

$=1-\frac{1}{3}$

$=\frac{2}{3}$

$=\ \frac{2}{3}\left(100\%\right)$ (ubah ke bentuk persen)

$=66,67\%$

Saat beroperasi

 $\eta'=1-\frac{T_{\text{C}}}{T_{\text{H}}'}$ 

$=1-\frac{400}{1.000}$

$=1-0,4$

$=0,6$

$=0,6\left(100\%\right)$ (ubah ke bentuk persen)

$=60\%$

Sehingga besarnya pengurangan efisiensi adalah sebesar

$\Delta\eta=\eta-\eta'$

$=66,67\%-60\%$

$=6,67\%$

Jadi, efisiensi maksimal yang mungkin dicapai oleh mesin berkurang sebanyak 6,67%.