PRINSIP CARNOT

6.8 PRINSIP CARNOT


Hukum termodinamika yang kedua menempatkan pembatasan pada operasi alat siklis seperti yang dinyatakan oleh Kelvin-Planck dan clausius. Suatu mesin kalori tidak bisa beroperasi dengan menukarkan panas dengan reservoir tunggal dan suatu lemari es tidak bisa beroperasi tanpa suatu energi yang masuk dari suatu sumber eksternal.
Kita dapat menarik kesimpulan berharga dari statemen ini. Dua kesimpulan berkenaan dengan efisiensi termal mesin kalor reversible dan irreversible (yaitu mesin nyata), hal ini mereka dikenal sebagai prinsip carnot. Yang dinyatakan sebagai berikut:
1. Efisiensi dari suatu mesin kalori irreversible selalu kurang dari efisiensi yang reversible yang beroperasi di antara dua reservoir yang sama.
2. Efisiensi dari semua mesin kalori reversible yang beroperasi di antara dua reservoir yang sama adalah sama

Dua statemen ini dapat dibuktikan dengan menunjukkan bahwa pelanggaran terhadap yang manapun statemen mengakibatkan pelanggaran terhadap hukum termodinamika dua.
Untuk membuktikan statemen yang pertama ketika menunjukkan di dalam gambar:



Satu Mesin adalah reversible di dalam yang lain irreversible. Sekarang masing-masing mesin di dalam menyediakan bersama dengan yang sama jumlah panas QH. Jumlah kerja yang diproduksi oleh mesin kalor reversible adalah Wrev, dan jumlah yang diproduksi mesin kalor irreversible adalah Wirrev.
Di dalam pelanggaran menyangkut prinsip carnot yang pertama, kita berasumsi bahwa mesin kalori yang tidak dapat diubah (irreversible) lebih efisien dibanding satu yang dapat dibalik (reversible) dan dengan demikian meng hasilkan kerja lebih banyak disbanding yang dihasilkan mesin reversible. Sekarang biarkan mesin kalori yang dapat dibalik dan beroperasi sebagai lemari es. Lemari es ini akan menerima suatu masukan pekerjaan Wrev dan menolak panas kepada reservoir temperatur yang tinggi.
Karena lemari es sedang melepas panas sejumlah QH kepada reservoir temperatur yang tinggi dan mesin kalori yang tidak dapat diubah sedang menerima yang sama jumlah panas dari reservoir ini, panas menukar untuk reservoir ini adalah nol. Begitu, bisa jadi dihapuskan dengan mempunyai nikmat lemari es membebaskan QL secara langsung ke dalam mesin kalori yang tidak dapat diubah itu.
Prinsip Carnot yang kedua dapat juga dibuktikan di dalam suatu cara serupa. Waktu ini, mari kita menggantikan mesin/motor yang tidak dapat diubah oleh mesin reversibel yang yang lain jadilah lebih efisien dibanding mesin reversibel yang pertama itu. berikut melalui pemikiran yang sama, kit mempunyai mesin/motor yang produssces suatu jumlah pertukaran panas dengan reservoir tunggal, yang mana adalah suatu pelanggaran menyangkut hukum yang kedua . oleh karena itu, kita menyimpulkan yang tidak ada mesin kalori dapat dibalik dan lebih efisien dibanding yang dapat dibalik yang beroperasi antar[a] yang sama dua reservoir, dengan mengabaikan bagaimana siklus diselesaikan atau macam aktip cairan menggunakan.



6.9 SKALA SUHU TERMODINAMIK

Suatu skala suhu yang itu adalah tidak terikat pada kekayaan dari unsur yang digunakan untuk mengukur temperatur disebut suatu skala suhu termodinamik.
Carnot prinsip dibahas yang kedua di (dalam) bagian 6-8 negara bahwa semua mesin kalori dapat dibalik mempunyai efisiensi [yang] yang berkenaan dengan panas yang sama ketika operasi antar[a] yang sama dua reservoir ( Buah ara. 6-42). Itu adalah, efisiensi suatu mesin reversibel adalah tidak terikat pada aktip cairan mempekerjakan dan ist kekayaan, cara siklus dieksekusi, atau jenis mesin reversibel menggunakan. [Karena;Sejak] reservoir energi ditandai oleh temperatur mereka, efisiensi [yang] yang yang berkenaan dengan panas [dari;ttg] mesin kalori dapat dibalik sekedar fungsi [menyangkut] temperatur reservoir . Itu adalah,

or


karena nth=1-QL/QH. di dalam hubungan ini TH dan TL menjadi temperatur dari reservoir temperatur tinggi dan rendah, yang berturut-turut. fungsi dari ( TH,TL) dapat dikembangkan dengan bantuan dari tiga mesin kalor reversible

Gambar 6.2: Pengaturan mesin kalori untuk mempertunjukkan skala suhu termodinamik


Mesin A dan C menyediakan dengan jumlah panas Q1 yang sama dari high-temperature reservoir pada T1. Mesin C melepas Q3 untuk low-temperature reservoir pada T3. Mesin B menerima panas Q2 yang ditolak oleh mesin/motor [Adalah] suatu pada temperatur T2 dan menolak panas di (dalam) jumlah Q3 kepada suatu reservoir pada T3. Jumlah panas yang ditolak oleh mesin B dan C harus yang sama karena mesin A dan B dapat dikombinasikan ke dalam satu mesin reversibel yang beroperasi antara reservoir yang sama ketika mesin C yang dikombinasikan akan mempunyai efisiensi yang sama mesin C. karena panas masuk ke mesin C menjadi sama halnya panas masuk kepada mesin yang dikombinasikan A dan B, kedua-duanya sistem harus menolak yang sama jumlah panas.



Kita memilih siklus maka Q1 menjadi yang sama untuk Suatu dan C. Juga Q3 menjadi yang sama untuk B dan C. Karena suatu Daur Carnot

Juga


Tetapi

Karenanya

Kita begitu menyimpulkan bahwa F(T1,T2) mempunyai format f(T1)/f(T2), dan dengan cara yang sama F(T,T)=f(T)/f(T) Perbandingan dari panas yang yang ditukar kemudian.

Secara umum,


sedemikian sehingga perbandingan dari panas ditukar adalah suatu fungsi yang menyangkut temperature itu. Kita bisa memilih manapun fungsi yang mengenai bunyi mendatar, dan satu pilihan menjadi yang paling sederhana: f(T)=T. Ini menjadi skala temperatur yang thermodynamic, Q/Q=T/T. Temperatur digambarkan di (dalam) cara ini menjadi sama halnya itu untuk gas ideal; skala suhu termodinamik dan gas ideal skala adalah padanan.
6-10 CARNOT MESIN KALORI


Mesin kalor hipotetis yang beroperasi pada siklus carnot reversible disebut mesin kalor carnot. Efesiensi termal sembarang mesin kalor, reversible atau irreversible diberikan oleh pers:


Di mana QH adalah panas yang ditransfer ke mesin kalor dari suatu high-temperature reservoir pada TH, dan QL adalah panas dilepas ke suatu low-temperature reservoir pada TL. Untuk mesin kalor reversible, pemindahan kalor pada rumus tersebut dapat digantikan oleh suhu mutlak dua reservoir. Kemudian efisiensi suatu mesin carnot, atau atau sembarang mesin kalor reversible lain, menjadi




Hubungan ini adalah sering dikenal sebagai carnot efisiensi, sinus carnot mesin kalori menjadi yang terbaik mengetahui mesin reversibel. Ini menjadi efisiensi yang paling tinggi adalah suatu mesin kalori yang beroperasi antara kedua reservoir energi yang berkenaan dengan panas pada temperatur T dan H dapat mempunyai ( Buah ara. 6-46). Semua tidak dapat diubah ( yaitu, nyata) mesin kalori yang beroperasi antar[a] batas temperatur ini ( T dan H) sudahkah menurunkan effeciencies. Suatu mesin kalori nyata tidak bisa menjangkau efisiensi yang teoritis maksimum ini menghargai sebab adalah mustahil ke dengan sepenuhnya menghapuskan semua irrevesibilas yang dihubungkan dengan siklus yang nyata.
Bahwa T dan H di (dalam) Eq. 6-18 adalah temperatur mutlak. Gunakan[lah oc untuk temperatur di (dalam) hubungan ini memberi hasil yang nyata sekali salah. efisiensi yang Yang yang berkenaan dengan panas [dari;ttg] mesin kalori dapat dibalik dan nyata yang beroperasi antara batas temperatur yang sama bandingkan sebagai berikut ( Buah ara. 6-47)



Kebanyakan work-producing alat ( mesin kalori) sedang bekerja hari ini mempunyai efisiensi di bawah 40% , yang mana nampak sanak keluarga rendah kepada 100% . Bagaimanapun , ketika capaian mesin kalori nyata adalah assessed,the efisiensi harus tidak dibandingkan ke 100%;instead,they harus dibandingkan kepada efisiensi suatu mesin kalori dapat dibalik yang beroperasi antara temperatur yang sama membatasi - sebab ini adalah batas atas teoritis benar untuk efisiensi bukan 100%.
efisiensi Yang maksimum suatu tenaga uap pabrik yang beroperasi antara T
ditentukan dari Eq.6-18.Compared dengan nilai ini , suatu efisiensi yang nyata 40% tidak nampak sayang sekali , sungguhpun ada keheningan banyak dari ruang untuk peningkatan.
Adalah jelas nyata dari Eq.6-18 bahwa efisiensi suatu carnot mesin kalori meningkatkan T ditingkatkan , atau sebagai T dikurangi, atau sebagai T dikurangi. Ini diharapkan untuk diharapkan karena T berkurang, demikian juga jumlah yang ditolak naik darah, dan T mendekati nol, carnot efisiensi mendekati kesatuan. Ini adalah juga benar untuk mesin kalori nyata. efisiensi yang Yang yang berkenaan dengan panas mesin kalori nyata dapat dimaksimalkan dengan penyediaan panas kepada mesin/motor di temperatur mungkin yang paling tinggi ( yang terbatas oleh kekuatan material) dan menolak panas dari mesin motor di temperatur mungkin yang paling rendah ( yang terbatas oleh temperatur dari medium yang mendingin seperti sungai, danau, atau atmospir).

CONTOH 6-5
Suatu mesin kalor carnot yang menerima kalor 500 kj saban siklus dari suatu sumber bersuhu tinggi pada 652 C dan melepaskan kalor ke reservoir dinginbersuhu rendah pada 30 C. tentukan (a) efesiensi termal dari mesin carnot ini, dan (b) jumlah kalor yangf dilepaskan ke rteservoir dingin saban siklus.
SOLUSI: (a) Mesin kalor carnot adalah suatu mesin kalor reversibl, dan dengan demikian efesiensinya dapat ditentukan dari rumus



Artinya mesin kalor carnot ini mengkonversikan 67,2 persen dari kalor yang diterima menjadi kerja.
(b) Jumlah kalor yang dilepas oleh mesin kalor reversible inidapat ditentukan dengan mudah.

Oleh karena itu,. Mesin kalor carnot ini membebaskan 163.8 kl dari 500 kj kalor yang di terimanya pada setiap siklus dari suatu reservoir dingin.
Mutu energi


Carnot mesin kalori di dalam contoh 6-5 menerima panas dari suatu sumber pada 925 K dan mengkonversi 67.2 persen tentangnya untuk bekerja sedang penolakan sisanya ( 32.8 persen) suatu karam pada 303K. sekarang mari kita menguji bagaimana efisiensi yang yang berkenaan dengan panas bervariasi dengan temperatur sumber ketika karam temperatur tetap.

Efesiensi termal suatu mesin kalor carnot yang melepaskan kalor ke reservoir dingin pada 303 K dievaluasikan padaberbagai suhu reservoir sumber. Jelas bahwa efesiensi termal menurun ketika suhu reservoir sumber diturunkan. Jika kalor disediakan bagi nesin kalor pada 500 K alih-alih 925 K. misalnya: efesiensi termal turun dari 67.2 menjadi 39.4 persen. Artinya, bagian kalor yang dapat dikonversi menjadi kerja turun sampai39.4 persen ketika suhu sumber turun menjadi 500 K. ketika suhu sumber 350 K, fraksi ini menjadi 13.4 persen saja.
Pekerjaan adalah suatu bentuk energi yang lebih berharga dibanding panas 100% tentang pekerjaan dapat dikonversi untuk memanaskan, tetapi hanya suatu pecahan panas dapat mengkonversi untuk bekerja. Ketika panas ditransfer dari suatu high-temperature badan adalah suatu temperatur yang lebih rendah,itu diturunkan pangkat karena lebih sedikit tentangnya sekarang dapat dikonversi untuk bekerja. Sebagai contoh, jika 100 kj panas ditransfer dari suatu badan pada 1000K pada suatu badan pada 300 K, di dan kita akan mempunyai 100 kj dari energi yang berkenaan dengan panas menyimpan pada 300 K, yang mana tidak punya nilai praktis. Tetapi jika konversi ini dibuat melalui suatu mesin kalori, sampai kepada 1- 300/1000=70% tentangnya bisa dikonversi untuk bekerja, yang mana adalah amore bentuk energi berharga. Begitu 70 kj potensi pekerjaan disia-siakan sebagai hasil haet perpindahan ini, dan energi diturunkan pangkat.

Kwantitas (me)lawan Berkwalitas di (dalam) Hidup Sehari-Hari

Kadang-Kadang krisis energi, kita dibom dengan artikel dan pidato/suara pada bagaimana cara " memelihara" energi. Sekalipun begitu kita semua mengetahui bahwa kwantitas energi telah dipelihara. Apa yang tidaklah dipelihara menjadi mutu energi, atau potensi pekerjaan energi. Pemborosan energi adalah bersinonim untuk mengubahnya pada suatu lebih sedikit format bermanfaat. Satu unit high-qualas energi yang dapat lebih berharga dibanding tiga unit lower-qualas energi.
Contoh yang lain dengan mana kebanyakan orang-orang akan mengidentifikasi adalah multibillion dolar diet industri, yang mana adalah terutama semata berdasar pada hukum pertama temmodinamika . Ini adalah juga ditetapkan oleh belajar pertunjukan itu yang calories datang itu dari karbohidrat dan protein. Suatu Stanford studi menemukan berat/beban badan itu dihubungkan dengan ft calories tidak mengkonsumsi dan calories dengan sendirinya. Suatu Harvard studi tidak menemukan korelasi antara calories makan dan derajat tingkat kegendutan. Suatu cornell utama survei univsas menyertakan 6500 peopel di dalam hampir semua provinsi Cina/ keramik menemukan bahwa Cina makan more-gram untuk gram, kalori untuk calorie-than Orang Amerika lakukan tetapi mereka menimbang lebih sedikit, dengan lebih sedikit badan gemuk. Studi menunjukkan bahwa tingkat tarip dan hormon tingkatan metabolisme ber;ubah kelihatan jelas di dalam mid-30s. beberapa peneliti yang conluded yang memperpanjang diet memberi pengajaran

REFRIGERATOR DAN POMPA KALOR CARNOT



Suatu refrigerator atau pompa kalor yang beroperasi pada siklus carnot reversible disebut refrigerator carnot, atau pompa kalor carnot.

atau



Dimana adalah jumlah kalor yang diserap dari bersuhu rendah medium dan QH adalah jumlah kalor yang dilepaskan ke medium bewrsuhu tinggi. COP dari smua refrigerator atau pompa kalor reversible (seperti carnot) dapat di tentukan dengan mmenggantikan nisbah perpindahan kalor dalam rumus diatas dangan nisbah suhu mutlak medium bersuhgu tinggi dan medium bersuhu rendah. Oleh karena itu, rumus COP untuk pompa kalor dan refrigerator reversible menjadi:



Ini adalah koefesien untuk kerja yang paling tinggi yang dapat dimiliki oleh refrigerator atau pompa kalor yang beroprasi diantara batas suhu TL dan TH. Semua pompa kalor atau refrigerator nyata yang beroprasi antara batas suhu ini (TL dan TH) akan menpunyai koefesien untuk kerja lebih rendah.

Koefisien unjuk kerja nyata dan refersible lemari es yang beroperasi antara batas temperatur yang sama dapat comparet sebagai berikut.
Suatu hubungan serupa dapat diperoleh untuk pompa bahang dengan menggantikan semua
Polisi dari lemari es atau pompa bahang dapat dibalik menjadi yang maksimum theo retical menghargai untuk temperatur yang ditetapkan membatasi lemari es atau pompa bahang nyata boleh mendekati nilai-nilai ini sebagai busur lingkaran/lingkungan disain mereka meningkatkan tetapi mereka tidak pernah dapat menjangkau.
Sebagai catatan akhir adalah polisi kedua-duanya lemari es dan pompa bahang berkurang ketika berkurang apakah itu requers lebih pekerjaan ke kalor yang diserap membentuk lower-temperature media sebagai temperatur dari mendinginkan ruang mendekati nol jumlah pekerjaan memerlukan untuk menghasilkan suatu jumlah terbatas pendinginan mendekati ketidak terbatasan dan polisi mendekati nol.

CONTOH 6-6 KLAIM AQUESTIONABLE UNTUK SUATU LEMARI ES
Suatu klaim pencipta untuk mempunyai dikembangkan suatu lemari es yang memelihara ruang yang didinginkan pada yang beroperasi dalam suatu ruang di mana temperatur adalah 25 c dan itu mempunyai suatu polisi 13.5 adalah klaim ini layak.

Solusi adalah suatu klaim luar biasa buat kan bagi capaian suatu lemari es diharapkan untuk dievaluasi.
Assumtions kondisi operasi mantap ada.
Analisa adalah capaian dari lemari es ini ( yang ditunjukkan di dalam gambar 6-5) kaleng dievaluasi dengan membandingkan nya dengan suatu lemari es dapat dibalik yang beroperasi antara batas temperatur yang sama: Discusson ini menjadi polisi yang paling tinggi adalah suatu lemari es dapat mempunyai ketika panas sangat menarik dari suatu medium dingin pada 2 c dan menolak nya pada suatu medium lebih hangat pada 25 c karena polisi yang diklaim oleh pencipta adalah di atas nilai maksimum ini adalah klaim palsu.
Rumah tangga Lemari es
Lemari es untuk memelihara makanan mudah menjadi rusak sudah lama salah satu dari peralatan yang penting di dalam suatu rumah tangga. Mereka sudah terbukti yang sangat dapat dipercaya dan tahan lama, menyediakan layanan memuaskan untuk lebih 15 tahun. Suatu rumah tangga lemari es khas benar-benar suatu kombinasi refrigerator-freezer karena itu mempunyai suatu lemari es kompartemen untuk membuat es dan untuk menyimpan makanan dibekukan. Lemari es masa kini menggunakan sangat sedikit energi sebagai hasil penggunaan lebih kecil dan higher-efficiency motor dan penekan, material penyekatan lebih baik, area permukaan coil lebih besar, dan segel pintu lebih baik ( Buah ara. 6-54) Jumlah energi yang dikonsumsi oleh lemari es dapat diperkecil oleh praktek konservasi baik mengukur dibahas di bawah.
1. Mbukalah lemari es pintu yang paling sedikit yang mungkin untuk janga waktu yang paling pendek mungkin. Setiap kali lemari es pintu dibuka, udara yang dingin di dalam digantikan oleh udara yang lebih hangat di luar, yang mana) perlu untuk didinginkan. Melihara lemari es atau lemari es yang penuh akan menyelamatkan energi dengan mengurangi jumlah udara dingin yang dapat lepas setiap kali pintu dibuka.
2. dingin makanan Yang panas ke suhu-kamar yang pertama sebelum meletakkan nya ke dalam lemari es itu. PerGerakkan suatu panci panas dari tungku yang secara langsung ke dalam lemari es yang tidak hanya memboroskan energi dengan pembuatan lemari es bekerja lebih panjang, tetapi itu juga menyebabkan makanan yang mudah menjadi rusak yang dekat untuk merusak dengan menciptakan suatu lingkungan hangat yang segera nya Buah.
3. Bersihkanlah coil pemadat menempatkan di belakang atau di bawah lemari es itu. kotoran dan Debu yang mengumpulkan pada atas coil bertindak sebagai isolasi/penyekatan yang melambatkan disipasi bahang sampai mereka. Bersihkanlah coil sepasang satu tahun dengan suatu tempat sampah kain atau suatu penghisap debu akan meningkatkan mendingin kemampuan menyangkut lemari es selagi mengurangi konsumsi kuasa oleh beberapa persen. Kadang-Kadang suatu fan;penggemar digunakan untuk force-cool adalah memadatkan besar atau built-in lemari es, dan gerakan udara yang kuat menyimpan coil membersihkan.
4. Meriksalah gasket pintu untuk udara bocor. Ini bisa dilakukan dengan penempatan suatu lampu senter ke dalam lemari es, memadamkan cahaya dapur, dan cahaya mencari bocor. Pemindahan kalor sampai daerah gasket pintu meliputi hampir sepertiga menyangkut panas reguler memuat dari lemari es, dan begitu manapun gasket pintu cacat harus diperbaiki dengan seketika.
5. Hindarilah temperatur tak penting rendah yang menentukan. temperatur Yang direkomendasikan untuk lemari es temperatur untuk lemari es dan lemari es makan - 18C dan 3 C, berturut-turut. Nentukanlah lemari es temperatur di bawah - 18C menambahkan dengan mantap kepada konsumsi energi tetapi tidak menambahkan kebanyakan hidup penyimpanan dari makanan dibekukan.
6. Hindari[lah es berlebihan membangun pada bagian dalam permukaan dari aparat penguap. es Lapisan pada permukaan bertindak sebagai penyekatan dan melambatkan pemindahan kalor dari lemari es bagian kepada bahan pendingin itu. Lemari es harus defrosted dengan dengan tangan memadamkan sakelar layan temperatur ketika ketebalan es melebihi beberapa milimeter.
7. Gunakanlah power-saver tombol yang mengendalikan pemanasan coil dan mencegah pemadatan pada permukaan yang di luar di dalam lingkungan lembab. Low-Wattage alat pemanas digunakan untuk menaikkan temperatur dari permukaan luar lemari es pada penempatan kritis di atas titik embun dalam rangka menghindari air droplets membentuk pada permukaan dan meluncur ke bawah.
8. Tidak menghalangi angkasa mengalir jalan lintasan ke dan dari coil pemadat dari lemari es. Panas yang diusir oleh pemadat kepada angkasa terpesona dengan kapal terbang itu masuk melalui sisi dan alas dari lemari es dan daun-daun sampai puncak itu. Manapun kemacetan ilian alam peredaran udara alur ini oleh object besar seperti beberapa gandum bertinju di atas sekali menyangkut lemari es akan menurunkan pangkat capaian dari pemadat dan begitu lemari es ( Buah ara. 6-57).