Dæmi um varmavél (beiting á öðru lögmáli varmafræðinnar)

9 Contoh soal mesin kalor (penerapan hukum II termodinamika)

1. Dalam satu siklus, sebuah mesin menyerap 3000 Joule kalor dari reservoir suhu tinggi dan membuang 1000 Joule kalor pada reservoir suhu rendah. Tentukan efisiensi mesin kalor tersebut!

Umræða
Mesin kalor yang dimaksudkan pada soal-soal pada halaman ini tidak sama dengan mesin Carnot. Mesin Carnot merupakan mesin kalor ideal dan hanya ada secara teoritis. Sebaliknya mesin kalor yang dimaksudkan pada soal ini adalah mesin kalor nyata, bukan mesin kalor teoritis (mesin Carnot).
Það er vitað :
Kalor yang diserap (Q_H) = 3000 Júl
Kalor yang dibuang (Q_L) = 1000 Júl
Usaha yang dihasilkan mesin (W) = 3000 – 1000 = 2000 Joule
Spurði : Efisiensi mesin kalor (e)
Jawab :

2. Suatu mesin kalor menghasilkan usaha 2000 Joule dan membuang kalor sebanyak 500 Joule dalam satu siklus. Efisiensi mesin tersebut adalah…

Umræða
Það er vitað :
Usaha yang dihasilkan mesin (W) = 2000 Joule
Kalor yang dibuang (Q_L) = 5000 Júl
Kalor yang diserap (Q_H) = 2000 + 5000 = 7000 Júl
Spurði : Efisiensi mesin kalor (e)
Jawab :

3. Mesin sebuah mobil mempunyai efisiensi 30%. Jika mesin tersebut menghasilkan usaha 10.000 Joule tiap siklus, berapa kalor yang dibuang oleh mesin setiap siklus ?
Umræða
Það er vitað :
Efisiensi (e) = 30 % = 30/100 = 0,3
Usaha yang dihasilkan mesin (W) = 3000 Joule
Spurði : Kalor yang dibuang mesin setiap siklus (Q_L)
Jawab :
Hitung kalor yang diserap (Q_H) menggunakan rumus efisiensi (e) mesin kalor :
Kalor yang dibuang per siklus (Q_L) = kalor yang diserap (Q_H) – usaha yang dihasilkan (W)
Q_L = 10.000 júlar – 3000 júlar
Q_L = 7000 Júl

Efisiensi mesin kalor, mesin Carnot

4. Sebuah mesin kalor menyerap panas sebesar 3.000 Joule dari suatu reservoir suhu tinggi dan membuangnya sebesar 2.400 Joule pada reservoir suhu rendah. Efisiensi mesin itu adalah ….
A. 10 %
B. 15 %
C. 20 %
D. 30 %
E. 40 %
Umræða:
Það er vitað :
Q_H = 3000 Joule, Q_L = 2400 Júl.
Spurði :
Efisiensi (e) mesin kalor ?
Jawab :
Rétta svarið er C.

5. Sebuah mesin Carnot mempunyai reservoir suhu tinggi 300 ^oC dan reservoir suhu rendah 80 ^oC. Efisiensi mesin itu adalah…
A. 38 %
B. 45 %
C. 50 %
D. 58 %
E. 67 %
Umræða:
Það er vitað :
T_L = 80^oC = (80 + 273) K = 353 K
T_H = 300^oC = (300 + 273) K = 573 K
Jika suhu diketahui dalam satuan Celcius maka harus diubah ke satuan Kelvin (Kelvin adalah satuan Sistem Internasional besaran suhu).
Spurði :
Efisiensi (e) mesin Carnot ?
Jawab :

Rétta svarið er A.

6. Suhu tinggi reservoir mesin Carnot 600 K dan efisiensinya 60 %. Agar efisiensi mesin Carnot itu menjadi 70 % maka suhu tinggi reservoir mesin Carnot itu menjadi…
A. 500 K
B. 800 K
C. 1000 K
D. 1200 K
E. 1500 K
Umræða:
Það er vitað :
Data 1 : T_H = 600 K, e = 60 %
Data 2 : T_H = …. K ?, e = 70 %
Spurði :
Suhu tinggi (T_H)
Jawab :
Gunakan data 1 untuk menghitung suhu rendah (T_L).
Gunakan T_L dan data 2 untuk menghitung suhu tinggi (T_H):
Untuk mencapai efisiensi 70 % maka suhu tinggi = 800 Kelvin.
Rétta svarið er B.

7. Perhatikan grafik P-V mesin Carnot di bawah. Jika W = 5000 Joule maka jumlah kalor yang dilepas oleh mesin setiap siklus adalah …
A. 2.315 joular
B. 3.475 joular
C. 3.750 joule
D. 5.000 joular
E. 5.600 Joule

Umræða:
Það er vitað :
W = 5000 Júl
T_H = 780 K
T_L = 320 K
Spurði :
Q₂ ?
Jawab :
Efisiensi mesin Carnot :
e = 1 – (T_L/T_H) = 1 – (320/780) = 1 – 0,41 = 0,59
Hanya 59 % kalor yang digunakan untuk melakukan Usaha. Gunakan data ini untuk menghitung kalor yang diserap oleh mesin Carnot (Q₁).
(0,59)(Q₁) = 5000 Júl
Q₁ = 5000 Joule/0,59 = 8475 Joule
Jumlah kalor yang diserap oleh mesin adalah 8475 Joule.
Jumlah kalor yang dilepas oleh mesin tiap siklus :
W = Q₁ — Q₂
5000 Joule = 8475 Joule – Q₂
Q₂ = 8475 júlar – 5000 júlar
Q₂ = 3475 Júl
Rétta svarið er B.

8. Perhatikan diagram P-V mesin Carnot di bawah!. Jika kalor yang diserap (Q₁) = 8000 Joule maka usaha yang dilakukan mesin Carnot adalah…
A. 1640 J
B. 4720 J
Um það bil 5640 J
D. 6270 J
E. 8840 J

Umræða:
Það er vitað :
Q₁ = 8000 J
T_H = 820 K
T_L = 380 K
Spurði :
W ?
Jawab :
Efisiensi mesin Carnot :
e = 1 – (T_L/T_H) = 1 – (380/820) = 1 – 0,46 = 0,54
Hanya 54 % kalor yang digunakan untuk melakukan usaha. Gunakan data ini untuk menghitung usaha yang dilakukan mesin Carnot (W).
(0,59)(8000) = 4720 Joule
Usaha yang dilakukan oleh mesin Carnot adalah 4720 Joule.
Rétta svarið er B.

9. Sebuah mesin Carnot bekerja di antara reservoir panas 520 ^oC dan reservoir dingin 110 ^oC. Jika mesin tersebut menyerap kalor 3000 Joule dari reservoir panas, maka jumlah kalor yang dibuang dari mesin adalah …
A. 450 joule
B. 800 joule
C. 1000 juole
D. 1200 joule
E. 1440 joule
Umræða:
Það er vitað :
T_H = 520 + 273 = 793 K
T_L = 110 + 273 = 383 K
Q₁ = 3000 J
Spurði :
Q₂ = … ?
Jawab :
Efisiensi mesin Carnot :
e = 1 – (383/793) = 1 – 0,48 = 0,52
Gunakan data ini untuk menghitung usaha yang dilakukan oleh mesin (W)
(0,52)(3000) = 1560 Joule
Usaha yang dilakukan oleh mesin adalah 1560 Joule.
Jumlah kalor yang dibuang oleh mesin :
Q₂ = 3000 júlar – 1560 júlar
Q₂ = 1440 Júl
Kalor yang dibuang oleh mesin adalah 1440 Joule.