Proses kerja sebuah mesin pada grafik adalah 2 X 10^5 joule maka kalor yang diserap adalah

Beranda - Pembahasan Soal Fisika SMA - Contoh soal mesin Carnot – mesin kalor ideal (penerapan hukum II termodinamika)

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

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

Pembahasan
Diketahui :
Suhu tinggi (TH) = 1200 K
Suhu rendah (TL) = 300 K
Ditanya : Efisiensi mesin Carnot (e)
Jawab :

2. Sebuah mesin Carnot bekerja dalam suatu siklus antara 727oC dan 127oC. Mesin tersebut menyerap kalor 6000 Joule pada reservoir suhu tinggi. Efisiensi mesin dan usaha yang dilakukan oleh mesin dalam satu siklus adalah…

Pembahasan
Diketahui :
Suhu tinggi (TH) = 727oC + 273 = 1000 K
Suhu rendah (TL) = 127oC + 273 = 400 K
Kalor yang diserap (QH) = 6000 Joule
Ditanya : Efisiensi (e) dan usaha (W) yang dilakukan oleh mesin dalam satu siklus
Jawab :
Efisiensi mesin Carnot :

Usaha yang dilakukan oleh mesin Carnot :
W = e QHW = (0,6)(6000)

W = 3600 Joule

3. Suatu mesin Carnot bekerja di antara reservoir suhu tinggi 527oC dan reservoir suhu rendah 127oC. Mesin Carnot tersebut menyerap kalor 10.000 Joule dari reservoir panas. Banyaknya kalor yang dibuang oleh mesin pada setiap siklus adalah…Pembahasan

Diketahui :

Suhu tinggi (TH) = 527oC + 273 = 800 K
Suhu rendah (TL) = 127oC + 273 = 400 K
Kalor yang diserap (QH) = 10.000 Joule
Ditanya : Kalor yang dibuang oleh mesin per siklus
Jawab :Efisiensi mesin kalor ideal (mesin Carnot) :

Usaha yang dilakukan oleh mesin Carnot :

W = e Q1W = (0,5)(10.000)W = 5000 Joule

Kalor yang dibuang oleh mesin setiap satu siklus (QL) = kalor yang diserap (QH) – usaha yang dilakukan (W)

QL = QH – W
QL = 10.000 – 5000
QL = 5000 Joule
Kalor yang dibuang oleh mesin per siklus = 5000 Joule

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

Diketahui :
Suhu tinggi (TH) = 800 K
Suhu rendah (TL) = 300 K
Kalor yang diserap (QH) = 1000 Joule
Ditanya : Efisiensi (e) dan usaha (W) yang dilakukan mesin Carnot
Jawab :
Efisiensi mesin Carnot :

Usaha yang dilakukan oleh mesin Carnot :
W = e QHW = (0,625)(1000)

W = 625 Joule

5. 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 %

Pembahasan
Diketahui :
Suhu rendah (TL) = 350 K
Suhu tinggi (TH) = 500 K
Ditanya : Efisiensi mesin Carnot (e)
Jawab :

Efisiensi mesin Carnot :
e = (TH – TL) / THe = (500 – 350) / 500e = 150 / 500e = 0,3e = 30/100 = 30 %

Jawaban yang benar adalah D.

6. 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. WB. 2 WC. 3 WD. 4 W

E. 6 W

Pembahasan
Diketahui :
Suhu rendah (TL) = 400 K
Suhu tinggi (TH) = 600 K
Ditanya : Kalor yang dikeluarkan pada suhu rendah (Q2)
Jawab :
Efisiensi mesin Carnot :
e = (TH – TL) / THe = (600 – 400) / 600e = 200 / 600e = 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
Jawaban yang benar adalah B.

7. 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 JB. 4.000 JC. 4.800 JD. 6.000 JE. 8.000 JPembahasan

Diketahui :

Suhu rendah (TL) = 500 K
Suhu tinggi (TH) = 800 K
Kalor yang dilepaskan (Q2) = 3000 Joule
Ditanya : Kalor yang diserap sistem (Q1)
Jawab :
Efisiensi mesin Carnot :
e = (TH – TL) / THe = (800 – 500) /8600e = 300 / 800e = 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
Jawaban yang benar adalah C.