Termodinamika

Siklus Carnot

Siklus paling efisien: η = 1 − Tc/Th.

Siklus Carnot — simulasi Termodinamika interaktif. Siklus paling efisien: η = 1 − Tc/Th. Laboratorium fisika virtual gratis berbasis browser dengan pengukuran SI langsung dan tutorial terpandu.

Efisiensi Carnot

Siklus paling efisien: η = 1 − Tc/Th.

Mesin Carnot beroperasi secara reversibel di antara dua reservoir. Setiap tahap bersifat isotermal (pertukaran panas pada T tetap) atau adiabatik (tanpa panas). Tidak ada mesin nyata yang dapat melampaui efisiensi ini karena irreversibilitas membuang energi berguna sebagai produksi entropi.

• η = 1 − T_c/T_h
• η maksimum

Singkat investigasi

Rencanakan pertanyaan sebelum Anda membuka lab

Ringkasan ini mencerminkan halaman prerender: pertanyaan utama, prediksi yang bersaing, peran variabel, hukum yang mengatur, penyiapan, serta petunjuk analisis dan pengembangan tetap terlihat dalam urutan ini.

Pertanyaan mengemudi

Mesin Carnot membawa gas melalui 4 kaki (ekspansi isotermal, ekspansi adiabatik, kompresi isotermal, kompresi adiabatik) kembali ke keadaan awalnya. Apakah energi dalam gas berubah dalam satu siklus penuh?

Prediksi untuk ditimbang

• Energi internal meningkat sepanjang siklus, karena gas melakukan kerja positif bersih.
• Energi internal kembali ke nilai awalnya — perubahan bersih nol selama siklus tertutup.
• Energi internal berkurang sepanjang siklus.

Peran variabel

Apa yang Anda tetapkan:

• Nomor kaki

Apa yang Anda ukur:

• Volume target kaki V (L)
• Usaha yang dilakukan dengan gas pada kaki ini (J)

Bagaimana penyelidikannya berjalan

1. Buka preset siklus carnot dan tekan Reset. 1 mol argon (f = 3) berputar antara reservoir panas 600 K dan reservoir dingin 300 K.
2. Aktifkan pembacaan pekerjaan per kaki.
3. Untuk setiap bagian siklus (1 sampai 4), bacalah volume target bagian tersebut dan usaha yang dilakukan oleh gas pada bagian tersebut.

Persamaan yang mengatur

Efisiensi Carnot — η_c = 1 − Tc / Th

Efisiensi maksimum yang mungkin dari setiap mesin kalor yang beroperasi antara reservoir panas Th dan reservoir dingin Tc hanya bergantung pada rasio temperaturnya: η_c = 1 − Tc/Th.

Apa yang diminta siswa untuk dikerjakan oleh lembar kerja yang dapat dicetak

• Tambahkan nilai kerja kaki 4 Anda. Bandingkan totalnya dengan nR(Th − Tc)·ln(2) (kira-kira, untuk rasio volume siklus ini), dan bandingkan efisiensi siklus η = W_net/Qin dengan nilai Carnot η_c = 1 − Tc/Th = 1 − 300 /600 = 0.5 .
• Dua kaki mempunyai kerja positif (ekspansi) dan dua kaki mempunyai kerja negatif (kompresi). Jelaskan mengapa kerja *bersih* selama satu siklus penuh masih positif, sehingga menjadikannya mesin panas dan bukan putaran tanpa melakukan apa pun.

Di mana hal ini muncul di luar lab

• Tidak ada mesin nyata yang beroperasi antara dua suhu reservoir yang sama yang dapat mengalahkan efisiensi Carnot. Jelaskan, dengan menggunakan η_c = 1 − Tc/Th, mengapa sebuah mesin dapat mencapai efisiensi 100% hanya jika Tc = 0 K — secara fisik tidak dapat dijangkau.
• Siklus Carnot dibangun seluruhnya dari langkah-langkah yang dapat dibalik (isotermal dan adiabatik, keduanya diidealkan sebagai sangat lambat). Jelaskan mengapa mesin sebenarnya, yang pasti memiliki gesekan dan perpindahan panas berkecepatan terbatas, tidak akan pernah dapat mencapai efisiensi ideal ini.

• AP Physics 2 — Unit 9: Thermodynamics
• IB Physics — B.4 Thermodynamics
• General High School Physics — Heat, temperature & gas laws
• NGSS High School Physics — Thermal energy transfer

1. Selamat datang di siklus Carnot
2. Pilih ruang
3. Tekan Putar
4. Efisiensi maksimum
5. Buka inspektur
6. Berhasil!

Buka simulasi interaktif untuk membangun adegan, tekan Putar, dan jelajahi dengan pengukuran langsung dan tutorial terpandu.

Buka Lab Interaktif →

Unduh lembar lab →

Mesin Kalor & Efisiensi Carnot