Diketahui:

Suhu reservoir panas $T_{\text{H}}$ = 800 K

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

Kalor masukan dari reservoir panas $Q_{\text{H}}$ = 30 kJ

Usaha riil yang dihasilkan $W_{\text{riil}}$ = 10 kJ

Ditanya:

Rugi-rugi usaha $W_{\text{rugi}}$ = ?

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.

Pada mesin kalor di kondisi riil, terdapat rugi-rugi daya yang dihasilkan akibat adanya rugi panas, rugi bunyi, rugi gesekan, dan rugi inersia. Sehingga, persamaan efisiensi sebelumnya tidak berlaku lagi. Efisiensi pada mesin kalor secara umum didefinisikan perbandingan antara energi yang menjadi usaha dengan total kalor yang masuk ke dalam sistem dari reservoir panas, dengan kata lain $\eta=\frac{W}{Q_{\text{H}}}$ di mana $W$ adalah usaha dan $Q_{\text{H}}$ adalah kalor dari reservoir panas.

Cari efisiensi carnotnya terlebih dahulu

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

$=1-\frac{400}{800}$

$=1-\frac{1}{2}$

$=\frac{1}{2}$

Sehingga apabila mesin bekerja secara maksimal tanpa adanya rugi-rugi daya yang seharusnya dihasilkan adalah

 $\eta_{\text{carnot}}=\frac{W_{\text{ideal}}}{Q_{\text{H}}}$

$W_{\text{ideal}}=\eta_{\text{carnot}}Q_{\text{H}}$

$=\frac{1}{2}\left(30\right)$

$=15$ kJ

Maka besarnya energi yang hilang adalah sebesar

$W_{\text{rugi}}=W_{\text{ideal}}-W_{\text{riil}}$

$=15-10$

$=5$ kJ

Jadi, rugi-rugi usaha yang dialami mesin ini adalah sebesar 5 kJ.