Mesin Kalor Carnot

Mesin Kalor Carnot menghidupkan termodinamika klasik dengan memasangkan rangkaian piston-silinder-roda gila 3D beranimasi dengan diagram Tekanan-Volume (P-V) 3D yang tersinkronisasi. Siswa dapat menyeret kepala piston untuk menelusuri siklus atau mengeklik salah satu dari empat keadaan sudut: Ekspansi Isotermal yang bersentuhan dengan reservoir panas T_H, Ekspansi Adiabatik menuju T_C, Kompresi Isotermal yang bersentuhan dengan reservoir dingin T_C, dan Kompresi Adiabatik kembali ke T_H. Molekul gas bergerak lebih cepat dan lebih lambat sesuai suhu sementara pembacaan langsung menampilkan efisiensi Carnot eta = 1 - T_C / T_H, suhu gas, tekanan, dan usaha bersih per siklus.

• Klik masing-masing dari empat titik sudut pada kurva tertutup P-V untuk melangkah melalui Ekspansi Isotermal, Ekspansi Adiabatik, Kompresi Isotermal, dan Kompresi Adiabatik.
• Naikkan suhu Reservoir panas T_H dari 500 K ke 900 K sambil menjaga T_C tetap pada 300 K, dan amati luas daerah tertutup P-V serta efisiensi Carnot eta bertambah besar.
• Turunkan suhu Reservoir dingin T_C dari 400 K ke 200 K dan buktikan bahwa mendinginkan pembuangan kalor meningkatkan efisiensi secara lebih efektif dibandingkan menaikkan T_H dengan jumlah yang sama.
• Seret kepala piston ke atas dan ke bawah secara manual dan amati bagaimana jembatan termal di bawah silinder beralih antara T_H, terisolasi, dan T_C.
• Tingkatkan Rasio ekspansi isotermal dan perhatikan bahwa Usaha bersih per siklus meningkat sementara persentase efisiensi Carnot teoretis tetap tidak berubah.

1. 1Mengidentifikasi empat proses reversibel yang menyusun siklus mesin kalor Carnot pada diagram P-V.
2. 2Menghitung efisiensi teoretis maksimum dari mesin kalor apa pun menggunakan eta = 1 - T_C / T_H.
3. 3Membedakan antara langkah isotermal (suhu konstan, perpindahan kalor) dan langkah adiabatik (terisolasi, perubahan suhu melalui usaha).
4. 4Menjelaskan mengapa luas yang dilingkupi di dalam kurva tertutup P-V merepresentasikan keluaran usaha mekanik bersih per siklus.

Pertanyaan yang sering diajukan guru