);

Contoh soal mesin Carnot dan pembahasan

Postingan ini membahas contoh soal mesin Carnot / siklus Carnot dan pembahasannya atau penyelesaiannya. Mesin Carnot merupakan model mesin ideal yang dapat meningkatkan efisiensi melalui suatu siklus yang dikenal dengan siklus Carnot. Rumus yang berlaku pada mesin Carnot sebagai berikut:

E = (
W
Q1
) x 100 %
E = (1 –
Q2
Q1
) x 100 %
E = (1 –
T2
T1
) x 100 %

Keterangan:

  • E = Efisiensi mesin Carnot
  • W = usaha
  • Q1 = kalor masuk / kalor yang diserap mesin
  • Q2 = kalor keluar / kalor yang dilepas mesin
  • T2 = suhu rendah (K)
  • T1 = suhu tinggi (K)

Contoh soal 1 (UN 2013)

Perhatikan grafik siklus Carnot ABCDA dibawah ini.

Siklus Carnot contoh soal 1
Siklus Carnot contoh soal 1

Berdasarkan data grafik diatas, efisiensi mesin Carnot adalah…
A. 10%
B. 20%
C. 25%
D. 30%
E. 35%

Pembahasan / penyelesaian soal

E = (1 –
T2
T1
) x 100 %
E = (1 –
350 K
500 K
) x 100 %
E = (
500
500
350
500
) x 100 %
E =
150
500
x 100% = 30%

Soal ini jawabannya D.


Contoh soal 2 (UN 2013)

Pada grafik P-V mesin Carnot berikut diketahui reservoir suhu tinggi 600 K dan suhu rendah 400 K.

Grafik P-V mesin Carnot
Grafik P-V mesin Carnot

Jika usaha yang dilakukan mesin W, maka kalor yang dikeluarkan pada suhu rendah adalah…
A. W
B. 2 W
C. 3 W
D. 4 W
E. 6 W

Pembahasan / penyelesaian soal

E = 1 –
T2
T1

E =
600
600
400
600
=
200
600
=
1
3

E =
W
Q1

Q1 =
W
Q1
=
W
1/3
= 3W
W = Q1 – Q2
Q2 = Q1 – W = 3W – W = 2W

Soal ini jawabannya B.


Contoh soal 3 (UN 2013)

Pada grafik P-V mesin Carnot dibawah ini diketahui usaha yang dilakukan 7200 J.

Grafik mesin Carnot nomor 3
Grafik mesin Carnot nomor 3

Besar kalor yang dilepas sistem adalah…
A. 21.600 J
B. 18.400 J
C. 10.800 J
D. 3.600 J
E. 1.800 J

Pembahasan / penyelesaian soal

E = 1 –
T2
T1

E =
900
900
300
900
=
600
900
=
2
3

E =
W
Q1

Q1 =
W
Q1
=
7200 J
2/3
= 10.800 J
W = Q1 – Q2
Q2 = Q1 – W = 10.800 J – 7.200 J = 3.600 J

Soal ini jawabannya D.


Contoh soal 4

Sebuah mesin menyerap panas sebesar 2.000 J dari suatu reservoir suhu tinggi dan membuangnya sebesar 1.200 J pada reservoir suhu rendah. Efisiensi mesin itu adalah…
A. 80%
B. 75%
C. 60%
D. 50%
E. 40%

Pembahasan / penyelesaian soal

E = (1 –
Q2
Q1
) x 100 %
E = (1 –
1.200 J
2000 J
) x 100 %
E = (
2.000
2000
1.200
2000
) x 100 % =
3
5
x 100% = 60%

Soal ini jawabannya C.


Contoh soal 5

Perhatikan grafik P-V dibawah ini.

Grafik P-V mesin Carnot nomor 5
Grafik P-V mesin Carnot nomor 5

Jika kalor yang diserap (Q1) = 10.000 joule maka besar usaha yang dilakukan mesin Carnot adalah…
A. 1.500 J
B. 4.000 J
C. 5.000 J
D. 6.000 J
E. 8.000 J

Pembahasan / penyelesaian soal

E = 1 –
400 K
800 K
= 0,5
E =
W
Q1

W = W. Q1 = 10.000 J x 0,5 = 5.000 J

Soal ini jawabannya C.


Contoh soal 6 (UN 2014)

Sebuah mesin Carnot bekerja pada reservoir suhu tinggi 600 K mempunyai efisiensi 40%. Supaya efisiensi mesin menjadi 75% dengan suhu reservoir rendah tetap, maka reservoir suhu tinggi harus dinaikkan menjadi…
A. 480 K
B. 840 K
C. 900 K
D. 1028 K
E. 1440 K

Pembahasan / penyelesaian soal

E = (1 –
T2
T1
) x 100 %
40% = (1 –
T2
600 K
) x 100 %
1 –
T2
600 K
=
40%
100%
= 0,4
T2
600 K
= 1 – 0,4 = 0,6
T2 = 0,6 . 600 K = 360 K.

Selanjutnya kita hitung suhu T1 ketika efisiensi dinaikkan menjadi 75% = 0,75 dengan cara dibawah ini:

E = 1 –
T2
T1

0,75 = 1 –
360 K
T1

360 K
T1
= 1 – 0,75 = 0,25
T1 =
360 K
0,25
= 1.440 K

Soal ini jawabannya E.


Contoh soal 7

Sebuah mesin Carnot dengan reservoir suhu tinggi 800 K memiliki efisiensi 20%. Agar efisiensinya meningkat menjadi 36% dengan reservoir suhu rendah tetap, maka suhu pada reservoir suhu tinggi diubah menjadi…
A. 527°C
B. 727°C
C. 840°C
D. 1000 °C
E. 1.273 °C

Pembahasan / penyelesaian soal

E = 1 –
T2
T1

0,2 = 1 –
T2
800 K

T2
800 K
= 1 – 0,2 = 0,8
T2 = 0,8 x 800 K = 640 K
Selanjutnya kita hitung suhu tinggi ketika efisiensi = 36% = 0,36
0,36 = 1 –
640 K
T1

640 K
T1
= 1 – 0,36 = 0,64
T1 =
640 K
0,64
= 1000 K = 1273 °C

Soal ini jawabannya E.


Soal latihan mesin Carnot

Soal 1 – Sebuah mesin Carnot dengan reservoir suhu tinggi 600 K memiliki efisiensi 20%. Agar efisiensinya meningkat menjadi 52%, maka suhu pada reservoir tinggi diubah menjadi…
A. 720 K
B. 840 K
C. 920 K
D. 1000 K
E. 1200 K


Soal 2 – Suatu mesin Carnot mempunyai reservoir suhu tinggi 373°C dan reservoir suhu rendah 50°C. Efisiensi mesin yang dihasilkan mesin tiap siklus adalah…
A. 50%
B. 58%
C. 70%
D. 85%
E. 137%


Soal 3 – Suatu mesin Carnot menggunakan reservoir suhu tinggi 900 K mempunyai efisiensi 60%. Suhu reservoir rendah adalah…
A. 700 K
B. 400 K
C. 387°C
D. 360°C
E. 187°C


Soal 4 – Sebuah mesin bekerja dalam suatu mesin Carnot seperti gambar dibawah ini.

Siklus Carnot
Siklus Carnot

Jika kalor yang terbuang 2000 J, besar usaha yang dihasilkan mesin adalah…
A. 800 J
B. 8000 J
C. 12.000 J
D. 20.000 J
E. 80.000 J


Soal 5 – Perhatikan gambar.

Gambar siklus Carnot
Gambar siklus Carnot

Sebuah mesin kalor bekerja dalam suatu siklus Carnot dari suhu tinggi ke suhu rendah. Jika mesin menyerap kalor Q1 dari suhu tinggi dan membuang kalor Q2, maka usaha yang dihasilkan dalam satu siklus adalah…
A. 0,6 kkal
B. 1,4 kkal
C. 22 kkal
D. 58 kkal
E. 80 kkal

(Visited 964 times)

You cannot copy content of this page