Siklus Carnot adalah siklus termodinamika yang dikenal memiliki efisiensi tertinggi. Siklus Carnot mengubah energi yang tersedia dalam bentuk panas untuk menghasilkan proses adiabatik (isotropik) yang dapat dibalik dan proses lainnya.
Efisiensi mesin Carnot adalah satu dikurangi rasio suhu reservoir panas terhadap suhu reservoir dingin. Siklus Carnot dikenal karena menetapkan standar efisiensi tertinggi yang dapat dicapai oleh siklus atau mesin manapun.
Pekerjaan dilakukan oleh fluida kerja selama bagian pertama siklus, dan pekerjaan dilakukan pada fluida kerja selama bagian kedua siklus. Perbedaan antara keduanya adalah pekerjaan bersih yang dilakukan.
Efisiensi siklus dapat dimaksimalkan dengan menggunakan proses yang membutuhkan pekerjaan paling sedikit dan memberikan hasil paling banyak dengan menggunakan proses yang dapat dibalik. Secara praktis, siklus yang dapat dibalik tidak dapat dicapai karena ketidakdapatdibalikan yang terkait dengan setiap proses yang tidak dapat dihilangkan.
Kulkas dan mesin panas yang bekerja pada siklus yang dapat dibalik dianggap sebagai model untuk membandingkan mesin panas dan kulkas yang sebenarnya. Dalam pengembangan siklus yang sebenarnya, siklus yang dapat dibalik berfungsi sebagai titik awal dan dimodifikasi untuk memenuhi persyaratan.
Siklus Carnot terdiri dari empat proses yang dapat dibalik (2 proses isoterma yang dapat dibalik dan 2 proses adiabatik yang dapat dibalik) sebagai berikut:
Siklus Carnot ditunjukkan di bawah ini melalui contoh relevan piston:
LANGKAH 1 – 2
(Ekspansi Isoterma yang Dapat Dibalik, Th = Konstan)
TH adalah suhu awal gas dan juga suhu reservoir, yang berada dalam kontak dekat dengan kepala silinder.
Suhu gas turun ketika gas melebar dan suhu tersebut dijaga konstan dengan mentransfer panas infinitesimal (dT) dari reservoir ke gas.
Jumlah panas yang ditransfer selama proses ke gas adalah Qh
LANGKAH 2 – 3
(Ekspansi Adiabatik yang Dapat Dibalik, penurunan suhu dari TH ke TL)
Sistem menjadi adiabatik ketika reservoir panas diganti dengan isolasi. Selama proses ini, suhu gas turun dari Th ke Tl.
Proses ini disebut dapat dibalik dan juga adiabatik (perhatikan bahwa termodinamika teknik memiliki definisi khusus untuk sistem dan proses).
LANGKAH 3 – 4
(Kompresi Isoterma yang Dapat Dibalik, Tl = konstan)
Pada tahap-3, sink panas menggantikan isolasi kepala silinder pada suhu Tl. Ketika gaya eksternal mendorong piston ke dalam untuk melakukan pekerjaan pada gas, maka suhu gas meningkat.
Namun, suhu gas dipertahankan tetap dengan menolak panas ke sink. Jumlah panas yang ditolak selama proses adalah Ql.
LANGKAH 4 – 1
(Kompresi Adiabatik yang Dapat Dibalik, peningkatan suhu dari Tl ke Th)
Sink energi diganti dengan isolasi dan suhu gas meningkat dari Tl ke Th selama proses kompresi.
Pekerjaan yang dilakukan oleh gas selama proses ekspansi adalah luas yang diberikan di bawah kurva 1-2-3.
Pekerjaan yang dilakukan pada gas selama proses kompresi adalah luas yang diberikan di bawah kurva 3-4-1
Oleh karena itu, pekerjaan bersih yang dilakukan diberikan oleh luas di bawah jalur 1-2-3-4-1.
Efisiensi mesin panas bergantung pada suhu maksimum dan minimum siklus:
Carnot menyatakan bahwa efisiensi mesin panas tidak bergantung pada jenis fluida dan hanya bergantung pada suhu maksimum dan minimum selama siklus.
Dengan demikian, efisiensi mesin panas lebih tinggi ketika beroperasi pada suhu uap superpanas.
Siklus Carnot dan Hukum Termodinamika Kedua:
Siklus Carnot dengan jelas menunjukkan fakta bahwa panas diserap dari sumber panas ber temperatur tinggi yang disebut reservoir dan panas ditolak ke sink. Fakta ini menjadi dasar untuk hukum termodinamika kedua. Namun, pekerjaan eksternal diperlukan untuk memindahkan panas ke arah yang berlawanan.
Siklus Carnot adalah siklus yang dapat dibalik, dan menjadi siklus pendinginan Carnot ketika proses dibalik. Arah interaksi panas dan pekerjaan sepenuhnya dibalik, sehingga
Oleh karena itu,
Pan
