Dr. Getbogi Hikmawan, S.Si., M.Si.

Video ini membahas tentang mesin kalor yang bekerja antara dua reservoir dengan temperatur berbeda, mengambil kalor dari reservoir panas untuk dikonversi menjadi usaha, dan mengembalikan kalor sisa ke reservoir dingin. Mesin Arnaud, mesin reversible yang memiliki efisiensi tertinggi, menjalani siklus reversible dengan proses isothermal dan adiabatik. Efisiensi mesin Carnot terkait dengan perbandingan temperatur reservoir, namun dalam kehidupan nyata, proses reversible sulit dilakukan sehingga efisiensi mesin tidak mencapai 100%. Batasan efisiensi mesin kalor terkait dengan hukum termodinamika menunjukkan bahwa efisiensi 100% sulit dicapai. Mesin dalam kehidupan nyata cenderung tidak dapat mencapai efisiensi maksimal karena adanya gesekan dan kerusakan.

Oke, mari kita lihat bagaimana entropi bekerja pada dunia nyata

dan contoh yang paling mudah untuk kita lihat itu adalah bagaimana kita mempelajari tentang mesin kalor.

Dimana mesin kalor secerhananya adalah mesin yang mengambil kalor dari lingkungan

lalu kemudian mengkonversinya menjadi usaha.

Atau baganya adalah jika di lingkungan atau istilahnya dunia kita ambil dari sumbernya

itu berasal dari sebuah reservoir dimana temperaturnya cukup tinggi

sehingga karena temperaturnya tinggi kemudian kalornya bisa diambil

untuk kemudian bisa dikonversi dalam mesin kalor ini menjadi usaha

dan sisa konversinya yang tidak bisa dilakukan semuanya itu diubah

jadi disalurkan kepada reservoir dengan temperatur yang lebih rendah.

Jadi artinya mesin kalor itu artinya mesin yang bekerja diantara 2 reservoir

dengan temperatur yang berbeda, satu lebih tinggi dibanding yang lain

lalu dia mengambil kalor dari temperatur yang tinggi untuk kemudian dikonversi menjadi usaha

dan sisa dari konversinya itu akan dikembalikan kepada

dilepaskan sebagai kalor sisa menuju ke reservoir dengan temperatur yang lebih rendah.

Nah, sebenarnya akan banyak sekali mesin kalor

kita bisa contoh mungkin mesin diesel, mesin auto atau segala macem

tapi pada fisika dasar ini yang kita akan lebih tekankan adalah

kita mempelajari mesin yang dipropos oleh Sadiq Arnaud.

Sadiq Arnaud, harusnya kita sering dengar Sadiq Arnaud ya.

Jadi mesin Arnaud itu adalah mesin reversible,

mesin yang gasnya atau working substance-nya, gasnya atau bahan bakarnya

itu diputar atau diubah kondisinya melalui siklus reversible

dimana siklusnya melalui bagian PV seperti ini

dimana prosesnya melalui 2 proses isothermal dan 2 proses adiabatik

dimana A dan B itu isothermal, A ke B itu isothermal

begitu pula dengan C ke D, hanya dia arahnya berbeda ya.

Jadi kalau kita bisa lihat dia circulas seperti ini

sedangkan B ke C dan D ke A itu adalah proses adiabatik.

Jadi kenapa ini disebut sebagai mesin, kenapa mesin ini harus kita pelajari

karena mesin ini adalah secara teoretik dengan memperhatikan

bagaimana hukum Thermon DK1 bekerja adalah siklus atau mesin

dengan siklus yang punya efisiensi paling tinggi yang mungkin bisa dipikirkan.

Karena pada saat proses A ke B dan C ke D

karena tidak ada perubahan energi internal

artinya semua usaha yang diberikan, yang terjadi ketika perubahan tekanan

dengan volume dalam temperatur tetap itu dimanifestasikan menjadi kalor

atau istilahnya pada proses isothermal itu adalah proses dimana kalornya itu masuk atau keluar

sedangkan pada proses setelah isothermal itu adalah proses adiabatik

dimana kalor yang ada itu tidak ada yang bocor keluar

sehingga terjadi proses konversi yang lebih optimal

walaupun kita akan tetap mendapatkan kalor luaran

sehingga tidak semua kalor itu dikonversi menjadi usaha.

Usaha bisa kita lihat representasinya adalah luas dari bidang yang dibentuk oleh kurva ini.

Usaha tentu saja akan sama dengan besar kalor yang masuk dikurangi dengan besar yang keluar

tapi kalau kita mau mencoba melihat perubahan entropi yang terjadi

pada saat proses A dan B terjadi kalor masuk QH pada temperatur TH

maka entropi yang terjadi ketika proses isothermalnya berjalan itu adalah QH per TH

entropinya bertambah karena ada kalor yang masuk.

Sedangkan ketika proses BC dan DA kalau tidak ada kalor yang masuk

sedangkan ketika C ke D kita bisa lihat ada kalor yang keluar

sehingga akan sama dengan minus QL dibagi dengan TL

sehingga perubahan entropi totalnya akan sama dengan kita jumlahkan

sebenarnya ini minus dalam tanda kurung ini harusnya kita jumlahkan QH dengan QL

tapi tanpa ada tanda tapi kita pakai harga mutlak besarnya minus karena kalornya keluar

jadi kalau kita jumlahkan totalnya adalah QH per TH dikurangi dengan QL per TL.

Nah mesin sadikanot ini kalau kita lihat itu adalah mesin yang reversible

menurut hukum terenodinamika 2 untuk proses yang reversible perubahan entropinya itu akan sama dengan 0

sehingga jika dia benar-benar reversible maka ini akan sama dengan 0

maka kita akan dapatkan bahwa perbandingan antara kalor itu akan setara

atau sebanding dengan perbandingan temperatur dari reservoirnya

sehingga kalau kita meninjau ingin menghitung efisiensi dari mesin ini

mesin Carnot ini maka kita akan dapatkan efisiensi adalah yang didapat dibagi dengan QH

atau kalor yang masuk ya kayak tadi ya mesin kalor itu mengambil kalor dari lingkungan

artinya efisiensi itu adalah perbandingan antara W dengan Q

setelah kita menyedarkan bersamanya kita akan dapat hubungan bahwa efisiensi dari suatu mesin kalor

akan sama dengan 1 minus perbandingan QL besar QL dibagi dengan besar QH

dengan mensubstitusi hubungan antara Q dengan T yang kita dapat pada saat pembahasan entropi

maka kita akan dapatkan bahwa efisiensi akan sebanding dengan 1 minus TL dibagi dengan TH

artinya efisiensi sangat berhubungan dengan untuk mesin kalor

berapa temperatur masing-masing reservoir

tapi satu hal yang kemudian kita harus perhatikan

untuk membuat mesin yang sangat baik maka efisiensinya haruslah 1

maka untuk mendapatkan efisiensi sama dengan 1 atau 100% ya

karena ini efisiensi bisa kita kalikan 100%

karena kita harus bikin TL dibagi dengan TH itu akan sama dengan 0

maka syaratnya adalah untuk membuat TL sama dengan TH adalah kita bikin TL itu sama dengan 0 yang pertama

artinya kita harus punya reservoir suhu rendah sama dengan 0 absolute ya

dimana 0 Kelvin itu artinya kita menghentikan semua gerak yang ada di kehidupan

artinya kita bikin temperatur yang terendah serendah-rendahnya

padahal untuk membuat temperatur serendah-rendahnya

kita harus menyetop gerakan molekul gas atau molekul apapun yang ada pada reservoir ini

dan itu jelas akan membutuhkan effort yang lebih besar

jadi artinya secara teoretis mungkin akan sulit kita mendapatkan 0 absolute

kemungkinan yang kedua syaratnya adalah kita bikin TH yang sangat tinggi

agar dia menuju tahinga sehingga TL dibagi dengan TH itu akan menuju 0 juga

tapi sekali lagi sama halnya dengan membuat reservoir yang sangat rendah

akan sangat sulit untuk membuat reservoir yang tinggi sekali

kalau kita bicara soal tinggi sampai menuju tahinga ya batasannya tidak ada