Mesin Carnot

Mesin Carnot yang beroperasi paling efisien di antara suatu penampun temperatur tinggi dan suatu penampung temperatur rendag adalah Mesin Carnot. Ini adalah suatu mesin ideal yang menggunakan proses-proses reversibel untuk membentuk siklus operasinya. Jadi mesin ini disebut juga sebagai mesinn reversibel. Kita akan menentukan efisiensi dari mesin Carnot dan mengevaluasi operasi baliknya. Mesin Carnot sangat berguna, karena efisiensinya menentukan efisiensi maksium yang mungkin dapat dicapai oleh mesin faktual manapun. Jika efisiensi dari suatu mesin faktual jauh lebih rendah dari efisiensi dari mesin Carnot yang dioperasikan di anatara limit-limit yang sama, mana masih dapat dilakukan peribaikan-perbaikan.

Siklus yang diasosiakan denga Mesin Carnot dengan menggunakan ga ideal sebagai zat kerjanya. Siklus ini terdiri dari empat proses reversibel berikut :

1->2: Ekspansi isotermal.

Kalor dipindahkan secara reversibel dari penampung tempertur tinggi pada tempertur Konstan Th. Piston di dalam silinder di tarik an volume bertambah.

2-> 3 :Ekspansi adiabatik reversibel.

Silinder sepenuhnya terinsulasi sehingga tidak terjadi perpindahan kalor selama proses reversibel berlangsung. Piston terus di tarik dan volume semakin bertambah.

3-> 4: Kompresi isotermal

Kalor dipindahkan secra reversibel ke penampung temperatur rendah pada temperatur konstan TL. Piston menekan zat kerja dan volume berkurang.

4->1 : Kompresi adiabatik reversibel.

Silinder yang sepenuhhnya teinsulasi menyebablan tidak terjadinnya perpindahan kalor selama proses reversibel ini. Piston terus menekan zat kerja sampai volume, temperatur dan tekanan awal tercacapai  dan dengan demikian menyelesaikan siklus ini.

Dengan menerapkan hukum pertama pada siklus ini, kita perhatikan bahwa

Dimana QL diasummsikan memiliki niai positif untuk perpindahan kalor ke penampung temperatur rendah. Ini memungkinkan kita untuk menuliskan efisiensi termal untuk siklus Carnot sebagai

Contoh – contoh berikut akan digunakan untuk membuktikan dua di antara tiga postulasi :

Postulasi 1 : Tidaklah mungkin untuk membuat sebuah mesin, yang dioperasikan di anatra dua penampung temperatur tertentu, yang memiliki efisiensi lebih dari mesin Carnot.

Postulasi 2: Efisiensi mesin Carnot tidak bergantung pada zat kerja yang digunakan atau fitur desain tertentu dari mesin tersebut.

Postulasi 3 : Semua mesin yang reversibel,yang dioperasikan di antara dua penampung temperatur tertentu , memiliki efisiensi yang sama dengan mesin carnot yang dioperasikan di antara dua penampung temperatur yang sama.

Sumber : Termodinamika Teknik Edisi Kedua oleh Merle C.Potter,Ph.D dan Craig W. Somerton,Ph.D