Exemple de moteur de Carnot – un moteur thermique idéal (application du deuxième principe de la thermodynamique)

16 Contoh soal mesin Carnot – mesin kalor ideal (penerapan hukum II termodinamika)

1. Perhatikan grafik P – V mesin Carnot di samping! Jika kalor yang diserap (Q₁) = 10.000 joule maka besar effort yang dilakukan mesin Carnot est…

A. 1.500 J

B. 4.000 J

C. 5.000 J

D. 6.000 J

E. 8.000 J

Discussion

Est connu :

Basse température (T₂) = 400 K

Température élevée (T₁) = 800 K

Chaleur absorbée (Q)₁) = 10.000 Joules

Demandé : Travail produit par le moteur de Carnot (W)

Répondre :

Rendement d'un moteur thermique idéal (moteur de Carnot) :

Travail effectué par le moteur de Carnot :

W = e Q₁

W = (1/2)(10.000) = 5000 joules

La bonne réponse est C.

2. Regardez l'image sur le côté ! Besar usaha yang dilakukan mesin dalam satu siklus adalah…

A. 300 J

B. 400 J

C. 500 J

D. 600 J

E. 700 J

Discussion

Il est connu que :

Basse température (T_L) = 400 K

Température élevée (T_H) = 600 K

Chaleur absorbée (Q)₁) = 600 Joules

Demandé : Travail produit par le moteur de Carnot (W)

Répondre :

Rendement d'un moteur thermique idéal (moteur de Carnot) :

Travail effectué par le moteur de Carnot :

W = e Q₁

W = (1/3)(600) = 200 joules

La bonne réponse est E.

3. Perhatikan grafik siklus Carnot ABCDA di bawah ini! Berdasarkan data pada grafik, efisiensi mesin Carnot adalah…

A. 10%

B. 20%

C. 25%

D. 30%

E. 35%

Discussion

Est connu :

Basse température (T_L) = 350 K

Température élevée (T_H) = 500 K

Demandé : Rendement du moteur de Carnot (e)

Répondre :

Rendement du moteur de Carnot :

e = (T_H - T_L) /T_H

e = (500 – 350) / 500

e = 150 / 500

e = 0,3

e = 30/100 = 30 %

La bonne réponse est D.

4. Pada grafik P-V mesin Carnot berikut diketahui reservoir suhu tinggi 600 K dan suhu rendah 400 K. Jika usaha yang dilakukan oleh mesin adalah W, maka kalor yang dikeluarkan pada suhu rendah adalah…

A.W

B. 2 W

C. 3 W

D. 4 W

E. 6 W

Discussion

Est connu :

Basse température (T_L) = 400 K

Température élevée (T_H) = 600 K

Demandé : Kalor yang dikeluarkan pada suhu rendah (Q₂)

Répondre :

Efisiensi mesin Carnot :

e = (T_H - T_L) /T_H

e = (600 – 400) / 600

e = 200 / 600

e = 1/3

Usaha yang dilakukan oleh mesin Carnot :

W = e Q₁

Keterangan : W = usaha yang dilakukan mesin, e = efisiensi mesin, Q₁ = kalor yang diserap mesin.

W = (1/3)(Q₁)

3W = Q₁

Kalor yang dikeluarkan pada suhu rendah :

Q₂ = Q₁ - W

Q₂ = 3W – W

Q₂ = 2W

La bonne réponse est B.

5. Grafik P-V dari sebuah siklus Carnot terlihat seperti gambar berikut. Jika kalor yang dilepas ke lingkungan 3.000 Joule, maka kalor yang diserap sistem adalah…

A. 3.000 J

B. 4.000 J

C. 4.800 J

D. 6.000 J

E. 8.000 J

Discussion

Est connu :

Basse température (T_L) = 500 K

Température élevée (T_H) = 800 K

Kalor yang dilepaskan (Q₂) = 3000 Joules

Demandé : Kalor yang diserap sistem (Q₁)

Répondre :

Efisiensi mesin Carnot :

e = (T_H - T_L) /T_H

e = (800 – 500) /8600

e = 300 / 800

e = 3/8

Usaha yang dilakukan oleh mesin Carnot :

W = e Q₁

W = (3/8)(Q₁)

8W/3 = Q₁

Q₂ = Q₁ - W

Q₂ = 8W/3 – 3W/3

Q₂ = 5W/3

3Q₂ = 5W

W = 3Q₂/5 = 3(3000)/5 = 9000/5 = 1800

Kalor yang diserap sistem :

Q₁ = W + Q₂ = 1800 + 3000 = 4800 Joule

La bonne réponse est C.

6. Sebuah mesin Carnot menerima kalor dari reservoir suhu tinggi 800 K dan mempunyai efisiensi 50%. Agar efisiensi menjadi 80% dengan mempertahankan suhu reservoir rendah tetap, maka suhu tinggi harus diubah menjadi….

A. 1.600 K

B. 2.000 K

C. 2.400 K

D. 4.000 K

E. 6.400 K

Discussion

Il est connu que :

Jika suhu tinggi (T_H) = 800 K , efisiensi (e) = 50% = 0,5

Demandé: Berapa suhu tinggi (T_H) agar efisiensi (e) = 80% = 0,8

Répondre :

Suhu rendah = 400 Kelvin

Berapa suhu tinggi (T_H) agar efisiensi (e) = 80 % ?

Suhu tinggi = 2.000 Kelvin

La bonne réponse est B.

7. Sebuah mesin Carnot bekerja pada reservoir suhu tinggi 600 K mempunyai efisiensi 40%. Supaya efisiensi mesin menjadi 75% dengan suhu reservoir rendah tetap, maka reservoir suhu tinggi harus dinaikkan menjadi….

A. 480 K

B. 840 K

C. 900 K

D. 1028 K

E. 1440 K

Discussion

Il est connu que :

Jika suhu tinggi (T_H) = 600 K , efisiensi (e) = 40% = 0,4

Demandé: Berapa suhu tinggi (T_H) agar efisiensi (e) = 75% = 0,75

Répondre :

Suhu rendah = 360 Kelvin

Berapa suhu tinggi (T_H) agar efisiensi (e) = 75 % ?

Suhu tinggi = 1440 Kelvin

La bonne réponse est E.

8. Sebuah mesin Carnot menerima kalor dari reservoir suhu tinggi 800 K dan mempunyai efisiensi 50%. Agar efisiensi menjadi 80% dengan mempertahankan suhu reservoir rendah tetap, maka suhu tinggi harus diubah menjadi….

A. 1.600 K
B. 2.000 K
C. 2.400 K
D. 4.000 K
E. 6.400 K

Discussion
Il est connu que :
Jika suhu tinggi (TH) = 800 K , efisiensi (e) = 50% = 0,5
Ditanya : Berapa suhu tinggi (TH) agar efisiensi (e) = 80% = 0,8
Répondre :
Suhu rendah = 400 Kelvin

Berapa suhu tinggi (TH) agar efisiensi (e) = 80 % ?
Suhu tinggi = 2.000 Kelvin
La bonne réponse est B.

9. Sebuah mesin Carnot bekerja pada reservoir suhu tinggi 600 K mempunyai efisiensi 40%. Supaya efisiensi mesin menjadi 75% dengan suhu reservoir rendah tetap, maka reservoir suhu tinggi harus dinaikkan menjadi….

A. 480 K
B. 840 K
C. 900 K
D. 1028 K
E. 1440 K

Discussion
Il est connu que :
Jika suhu tinggi (TH) = 600 K , efisiensi (e) = 40% = 0,4
Ditanya : Berapa suhu tinggi (TH) agar efisiensi (e) = 75% = 0,75
Répondre :
Suhu rendah = 360 Kelvin

Berapa suhu tinggi (TH) agar efisiensi (e) = 75 % ?
Suhu tinggi = 1440 Kelvin
La bonne réponse est E.

10. Efisiensi suatu mesin Carnot yang menyerap kalor pada suhu 1200 Kelvin dan membuang kalor pada suhu 300 Kelvin adalah…

Discussion
Est connu :
Température élevée (T_H) = 1200 K
Basse température (T_L) = 300 K
Demandé : Rendement du moteur de Carnot (e)
Répondre :
11. Sebuah mesin Carnot bekerja dalam suatu siklus antara 727^o127 de C^oC. Mesin tersebut menyerap kalor 6000 Joule pada reservoir suhu tinggi. Efisiensi mesin dan usaha yang dilakukan oleh mesin dalam satu siklus adalah…

Discussion
Est connu :
Température élevée (T_H) = 727^oC + 273 = 1000 K
Basse température (T_L) = 127^oC + 273 = 400 K
Chaleur absorbée (Q)_H) = 6000 Joules
Demandé : Efisiensi (e) dan usaha (W) yang dilakukan oleh mesin dalam satu siklus
Répondre :
Efisiensi mesin Carnot :
Usaha yang dilakukan oleh mesin Carnot :
W = e Q_H
W = (0,6)(6000)
W = 3600 joules

12. Suatu mesin Carnot bekerja di antara reservoir suhu tinggi 527^oRéservoir C et basse température 127^oC. Mesin Carnot tersebut menyerap kalor 10.000 Joule dari reservoir panas. Banyaknya kalor yang dibuang oleh mesin pada setiap siklus adalah…
Discussion
Est connu :
Température élevée (T_H) = 527^oC + 273 = 800 K
Basse température (T_L) = 127^oC + 273 = 400 K
Chaleur absorbée (Q)_H) = 10.000 Joules
Demandé : Kalor yang dibuang oleh mesin per siklus
Répondre :
Rendement d'un moteur thermique idéal (moteur de Carnot) :
Travail effectué par le moteur de Carnot :
W = e Q₁
W = (0,5)(10.000)
W = 5000 joules
Kalor yang dibuang oleh mesin setiap satu siklus (Q_L) = chaleur absorbée (Q_H) – usaha yang dilakukan (W)
Q_L = Q_H - W
Q_L = 10.000 - 5000
Q_L = 5000 joules
Kalor yang dibuang oleh mesin per siklus = 5000 Joule

13.  Tentukan efisiensi dan usaha yang dilakukan mesin Carnot dalam satu siklus berdasarkan grafik di bawah…
Discussion

Est connu :
Température élevée (T_H) = 800 K
Basse température (T_L) = 300 K
Chaleur absorbée (Q)_H) = 1000 Joules
Demandé : Efisiensi (e) dan usaha (W) yang dilakukan mesin Carnot
Répondre :
Efisiensi mesin Carnot :
Usaha yang dilakukan oleh mesin Carnot :
W = e Q_H
W = (0,625)(1000)
W = 625 joules

14. Perhatikan grafik siklus Carnot ABCDA di bawah ini!
Berdasarkan data pada grafik, efisiensi mesin Carnot adalah…

A. 10%
B. 20%
C. 25%
D. 30%
E. 35%

Discussion
Est connu :
Sec rendah (T_L) = 350 K
Température élevée (T_H) = 500 K
Demandé : Rendement du moteur de Carnot (e)
Répondre :

Rendement du moteur de Carnot :
e = (T_H - T_L) /T_H
e = (500 – 350) / 500
e = 150 / 500
e = 0,3
e = 30/100 = 30 %
La bonne réponse est D.

15. Pada grafik P-V mesin Carnot berikut diketahui reservoir suhu tinggi 600 K dan suhu rendah 400 K. Jika effort yang dilakukan oleh mesin adalah W, maka kalor yang dikeluarkan pada suhu rendah adalah…

A.W
B. 2 W
C. 3 W
D. 4 W
E. 6 W

Discussion
Est connu :
Basse température (T_L) = 400 K
Température élevée (T_H) = 600 K
Demandé : Kalor yang dikeluarkan pada suhu rendah (Q₂)
Répondre :
Efisiensi mesin Carnot :
e = (T_H - T_L) /T_H
e = (600 – 400) / 600
e = 200 / 600
e = 1/3
Usaha yang dilakukan oleh mesin Carnot :
W = e Q₁
Keterangan : W = usaha yang dilakukan mesin, e = efisiensi mesin, Q₁ = kalor yang diserap mesin.
W = (1/3)(Q₁)
3W = Q₁
Kalor yang dikeluarkan pada suhu rendah :
Q₂ = Q₁ - W
Q₂ = 3W– W
Q₂ = 2W
La bonne réponse est B.

16. Grafik P-V dari sebuah siklus Carnot terlihat seperti gambar berikut. Jika calorique yang dilepas ke lingkungan 3.000 Joule, maka kalor yang diserap sistem adalah…
A. 3.000 J
B. 4.000 J
C. 4.800 J
D. 6.000 J
E. 8.000 J
Discussion
Est connu :
Basse température (T_L) = 500 K
Température élevée (T_H) = 800 K
Kalor yang dilepaskan (Q₂) = 3000 Joules
Demandé : Kalor yang diserap sistem (Q₁)
Répondre :
Efisiensi mesin Carnot :
e = (T_H - T_L) /T_H
e = (800 – 500) /8600
e = 300 / 800
e = 3/8
Usaha yang dilakukan oleh mesin Carnot :
W = e Q₁
W = (3/8)(Q₁)
8W/3 = Q₁
 
Q₂ = Q₁ - W
Q₂ = 8W/3 – 3W/3
Q₂ = 5W/3
3Q₂ = 5W
W = 3Q₂/5 = 3(3000)/5 = 9000/5 = 1800
Kalor yang diserap sistem :
Q₁ = W + Q₂ = 1800 + 3000 = 4800 Joule
La bonne réponse est C.

Source de la question :

Questions de physique pour l'examen national de fin d'études secondaires/professionnelles