حرارت کے انجن کی مثال (تھرموڈینامکس کے دوسرے قانون کا اطلاق)

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!

بحث
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).
معلوم ہوتا ہے۔ :
حرارت جذب (Q_H) = 3000 جول
حرارت جاری (Q_L) = 1000 جول
مشین کے ذریعہ تیار کردہ کام (W) = 3000 - 1000 = 2000 Joules
پوچھا : ہیٹ انجن کی کارکردگی (ای)
جواب :

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

بحث
معلوم ہوتا ہے۔ :
Usaha yang dihasilkan mesin (W) = 2000 Joule
حرارت جاری (Q_L) = 5000 جول
حرارت جذب (Q_H) = 2000 + 5000 = 7000 جول
پوچھا : ہیٹ انجن کی کارکردگی (ای)
جواب :

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 ?
بحث
معلوم ہوتا ہے۔ :
Efisiensi (e) = 30 % = 30/100 = 0,3
Usaha yang dihasilkan mesin (W) = 3000 Joule
پوچھا : Kalor yang dibuang mesin setiap siklus (Q_L)
جواب :
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 Joules - 3000 Joules
Q_L = 7000 جول

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%
بحث:
معلوم ہوتا ہے۔ :
Q_H = 3000 Joule, Q_L = 2400 جولز۔
پوچھا :
Efisiensi (e) mesin kalor ?
جواب :
درست جواب C ہے۔

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%
بحث:
معلوم ہوتا ہے۔ :
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).
پوچھا :
Efisiensi (e) mesin Carnot ?
جواب :

صحیح جواب ہے 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
بحث:
معلوم ہوتا ہے۔ :
Data 1 : T_H = 600 K, e = 60 %
Data 2 : T_H = …. K ?, e = 70 %
پوچھا :
اعلی درجہ حرارت (T_H)
جواب :
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.
صحیح جواب ہے 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 جول
B. 3.475 جول
C. 3.750 جول
D. 5.000 جول
E. 5.600 Joules

بحث:
معلوم ہوتا ہے۔ :
ڈبلیو = 5000 جول
T_H = 780 K
T_L = 320 K
پوچھا :
Q₂ ?
جواب :
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 جول
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 Joules - 5000 Joules
Q₂ = 3475 جول
صحیح جواب ہے 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
C. 5640 J
D. 6270 J
E. 8840 J

بحث:
معلوم ہوتا ہے۔ :
Q₁ = 8000 J
T_H = 820 K
T_L = 380 K
پوچھا :
W ?
جواب :
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.
صحیح جواب ہے 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 جولز
B. 800 جولز
C. 1000 juole
D. 1200 جولز
E. 1440 جولز
بحث:
معلوم ہوتا ہے۔ :
T_H = 520 + 273 = 793 K
T_L = 110 + 273 = 383 K
Q₁ = 3000 J
پوچھا :
Q₂ =…؟
جواب :
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 Joules - 1560 Joules
Q₂ = 1440 جول
Kalor yang dibuang oleh mesin adalah 1440 Joule.