Pembimbing : Agus Purwanto, D.Sc.

dokumen-dokumen yang mirip
Mesin Carnot Kuantum Berbasis Partikel Dua Tingkat di dalam Kotak Potensial Satu Dimensi

Pengertian Dasar Termodinamika Termodinamika secara sederhana dapat diartikan sebagai ilmu pengetahuan yang membahas dinamika panas suatu sistem Termo

FIsika KTSP & K-13 TERMODINAMIKA. K e l a s. A. Pengertian Termodinamika

Contoh soal dan pembahasan

Merupakan cabang ilmu fisika yang membahas hubungan panas/kalor dan usaha yang dilakukan oleh panas/kalor tersebut

Teori Kinetik Zat. 1. Gas mudah berubah bentuk dan volumenya. 2. Gas dapat digolongkan sebagai fluida, hanya kerapatannya jauh lebih kecil.

BAB TERMODINAMIKA. dw = F dx = P A dx = P dv. Untuk proses dari V1 ke V2, kerja (usaha) yang dilakukan oleh gas adalah W =

Efisiensi Mesin Carnot

PROSES ADIABATIK PADA REAKSI PEMBAKARAN MOTOR ROKET PROPELAN

BAB I PENDAHULUAN. 1.1 Latar Belakang Masalah

1. Dalam perhitungan gas, temperatur harus dituliskan dalam satuan... A. Celsius B. Reamur C. Kelvin D. Fahrenheit E. Henry

Q = ΔU + W.. (9 9) Perjanjian tanda yang berlaku untuk Persamaan (9-9) tersebut adalah sebagai berikut.

A. HUKUM I THERMODINAMIKA

Fisika Dasar I (FI-321)

BAB VI SIKLUS UDARA TERMODINAMIKA

Termodinamika Usaha Luar Energi Dalam

Catatan : Dalam menghitung Q dan W selama satu siklus, sebaiknya digunakan harga-harga mutlak

Hukum Termodinamika I Proses-proses Persamaan Keadaan Gas Usaha

FISIKA DASAR HUKUM-HUKUM TERMODINAMIKA

Hukum Termodinamika 1. Adhi Harmoko S,M.Kom

PERSAMAAN SCHRÖDINGER TAK BERGANTUNG WAKTU DAN APLIKASINYA PADA SISTEM POTENSIAL 1 D

Pilihlah jawaban yang paling benar!

Panas dan Hukum Termodinamika I

BAB TERMODINAMIKA V(L)

TERMODINAMIKA HUKUM KE-0 HUKUM KE-1 HUKUM KE-2 NK /9

NAMA : FAHMI YAHYA NIM : DBD TEKNIK PERTAMBANGAN TERMODINAMIKA DALAM KIMIA TERMODINAMIKA 1 FISIKA TERMODINAMIKA 2 FISIKA

Contoh soal mesin Carnot mesin kalor ideal (penerapan hukum II termodinamika)

γ = = γ = konstanta Laplace. c c dipanaskan (pada tekanan tetap) ; maka volume akan bertambah dengan V. D.TERMODINAMIKA

IR. STEVANUS ARIANTO 1

W = p V= p(v2 V1) Secara umum, usaha dapat dinyatakan sebagai integral tekanan terhadap perubahan volume yang ditulis sebagai

Teori Kinetik Gas dan Termodinamika 1 TEORI KINETIK GAS

1. Siklus, Hukum Termodinamika II dan Mesin Kalor. Pada gambar di atas siklus terdiri dari 3 proses

HUKUM I TERMODINAMIKA

Antiremed Kelas 11 FISIKA

4. Hukum-hukum Termodinamika dan Proses

TERMODINAMIKA. Thermos = Panas Dynamic = Perubahan

INSTRUMEN PENELITIAN LPTK TAHUN 2003

Hukum Termodinamika II

DEPARTEMEN KEMENTRIAN PENDIDIKAN NASIONAL JURUSAN TEKNIK PERTAMBANGAN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS PALANGKA RAYA

TERMODINAMIKA MIRZA SATRIAWAN

PENDAHULUAN. Di dalam modul ini Anda akan mempelajari Gas elektron bebas yang mencakup: Elektron

Siklus Carnot dan Hukum Termodinamika II

Fisika Statistik. Jumlah SKS : 3. Oleh : Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Mulawarman

VI. Teori Kinetika Gas

SATUAN ACARA PERKULIAHAN

Rencana Pembelajaran Kegiatan Mingguan (RPKPM).

I. Hukum Kedua Termodinamika

Nama Mata Kuliah/kode Termodinamika/ FIS 509. Jumlah Kredit 3 SKS. Status Mata Kuliah MKBS; Wajib

Sulistyani, M.Si.

Xpedia Fisika. Soal - Termodinamika

Xpedia Fisika. Soal Zat dan Kalor

TERMODINAMIKA (I) Dr. Ifa Puspasari

BAB II DASAR TEORI. dipakai saat ini. Sedangkan mesin kalor adalah mesin yang menggunakan

BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang

TEORI KINETIK GAS DAN TERMODINAMIKA

Temperatur adalah derajat panas suatu benda. Dua benda dikatakan berada dalam keseimbangan termal apabila temperaturnya sama.

PARTIKEL DALAM SUATU KOTAK SATU DIMENSI

K13 Revisi Antiremed Kelas 11 Fisika

SILABI Mata Kuliah Termodinamika Kode FIS 509 Nama Dosen

TEORI KINETIK GAS (II) Dr. Ifa Puspasari

= (2) Persamaan (2) adalah persamaan diferensial orde dua dengan akar-akar bilangan kompleks yang berlainan, solusinya adalah () =sin+cos (3)

FIsika TEORI KINETIK GAS

TERMODINAMIKA I. DESKRIPSI

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

BAB V MOMENTUM ANGULAR Pengukuran Simultan Beberapa Properti Dalam keadaan stasioner, momentum angular untuk elektron hidrogen adalah konstan.

RENCANA PEMBELAJARAN TERMODINAMIKA UNTUK KEGIATAN LESSON STUDY DI JURUSAN PENDIDIKAN FISIKA FPMIPA UPI

Rencana Pembelajaran Kegiatan Mingguan (RPKPM).

BAB III OPERATOR 3.1 Pengertian Operator Dan Sifat-sifatnya

Bab 4 Analisis Energi dalam Sistem Tertutup

Bab 2 TEORI DASAR. 2.1 Model Aliran Panas

KONSEP DASAR THERMODINAMIKA

Perbandingan skala temperatur =================================== Celcius Reamur Fahrenheit ===================================

3. Termodinamika Statistik

PROJEK 2 PENCARIAN ENERGI TERIKAT SISTEM DI BAWAH PENGARUH POTENSIAL SUMUR BERHINGGA

tak-hingga. Lebar sumur adalah 4 angstrom. Berapakah simpangan gelombang elektron

PERPINDAHAN KALOR. Proses perpindahan panas ini berlangsung dalam 3 mekanisme, yaitu : konduksi, konveksi dan radiasi.

PROFIL PERUBAHAN TEKANAN GAS TERHADAP SUHU PADA VOLUME TETAP

RENCANA PELAKSANAAN PEMBELAJARAN

SUHU DAN KALOR OLEH SAEFUL KARIM JURUSAN PENDIDIKAN FISIKA FPMIPA UPI

PARTIKEL DALAM BOX. Bentuk umum persamaan orde dua adalah: ay" + b Y' + cy = 0

BAGIAN PROYEK PENGEMBANGAN KURIKULUM DIREKTORAT PENDIDIKAN MENENGAH KEJURUAN

BAB II DASAR TEORI. 2.1 Prinsip Pembangkit Listrik Tenaga Gas

PENGARUH JUMLAH SUKU FOURIER PADA PENDEKATAN POLAR UNTUK SISTEM GEOMETRI KARTESIAN

Remedial UB-2 Genap Fisika Kelas XI Tahun Ajaran 2011 / 2012 P

REVERSIBLE, IRREVERSIBLE

Doc Name: SIMAKUI2015FIS999 Version : halaman 1

BAB IV OSILATOR HARMONIS

TEORI KINETIK GAS DAN TERMODINAMIKA

Analisis Metode Lintasan Feynman pada Interferensi 1, 2, 3, dan 4 Celah

10/18/2012. James Prescoutt Joule. Konsep dasar : Kerja. Kerja. Konsep dasar : Kerja. TERMODINAMIKA KIMIA (KIMIA FISIK 1 ) Hukum Termodinamika Pertama

KIMIA FISIKA I. nanikdn.staff.uns.ac.id nanikdn.staff.fkip.uns.ac.id (0271)

MAKALAH HUKUM 1 TERMODINAMIKA

BAB 1 Energi : Pengertian, Konsep, dan Satuan

MAKALAH THERMODINAMIKA DAN PENGGERAK AWAL PROSES SIKLUS DIESEL OLEH : NICOBEY SAHALA TUA NAIBAHO NPM : KK2 TEKNIK ELEKTRO

BAB IV PERHITUNGAN. 4.1 Siklus Gabungan (dual combustion Cycle) Pada Turbocharger ini memakai siklus gabungan yang disebut juga

2. Deskripsi Statistik Sistem Partikel

HUKUM KE-1 TERMODINAMIKA

BAB I PENDAHULUAN. keadaan energi (energy state) dari sebuah sistem potensial sumur berhingga. Diantara

I. GAS IDEAL. T=T 1 n mol H 2 (N 2,O 2, dll) V V 1 V 2 V 3 V i n P P 1 P 2 P 3 P i PV P 1 V 1 P 2 V 2 P 3 V 3 P i V i. T=T 2 n mol H 2 (N 2,O 2, dll)

BAB VIII. Kelompok ke-1 Usaha Isotermik

Transkripsi:

Oleh : YOHANES DWI SAPUTRA 1105 100 051 Pembimbing : Agus Purwanto, D.Sc. JURUSAN FISIKA Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 010

PENDAHULUAN Latar elakang minat masyarakat energi panas mesin panas klasik mesin panas kuantum

Permasalahan agaimana terjadinya proses adiabatik, isotermal, isokorik, isobar, dan ekspansi bebas pada sistem kuantum berupa partikel tunggal di dalam sumur potensial satu dimensi? agaimana perumusan efisiensi mesin Carnot, mesin Otto, mesin rayton, dan mesin Diesel yang dikonstruksi dari sistem kuantum tersebut? agaimana nilai efisiensi keempat mesin panas kuantum tersebut terhadap keempat mesin panas klasiknya?

atasan Masalah Mesin panas klasik yang dijadikan acuan yaitu mesin Carnot, mesin Otto, mesin rayton, dan mesin Diesel yang dijalankan oleh suatu gas ideal monoatomik. Sistem kuantum yang dipakai yaitu sumur potensial tak berhingga satu dimensi yang berisi satu partikel. Hanya dua keadaan eigen yang berkontribusi pada fungsi gelombang di dalam sumur tersebut.

Tujuan ditinjau proses adiabatik, isotermal, isokorik, isobar,dan ekspansi bebas secara kuantum, kemudian dibandingkan dengan setiap proses klasiknya, dipelajari mesin Carnot, Otto, rayton, dan Diesel secara kuantum, dibandingkan efisiensi setiap mesin panas kuantum tersebut dengan mesin klasiknya masing-masing.

Metode Penelitian berupa studi literatur sesuai diagram berikut: Termodinamika (proses termodinamika, mesin panas klasik) du dq dw W Q t in Termodinamika Kuantum (mesin panas kuantum) Fisika Kuantum (sumur potensial tak berhingga satu dimensi)

LANDASAN TEORI Partikel Tunggal di dalam Sumur Potensial Satu Dimensi x 0untuk x 0dan x L d E,untuk 0 x L m dx n n x sin x, n 1,,3,... L L E n n ml

Fungsi gelombang partikel yaitu x a x n 1 n n dengan a x x dx. n 0 L * n dengan kondisi ternormalisasinya diperoleh n 1 a n 1.

Energi rata-rata partikel E L a E Perubahan energi dalam sistem merupakan selisih energi rata-rata partikel, maka an n a n n 1 du E E1 m n L L1 dengan L 1 = lebar sumur awal L = lebar sumur akhir. n 1 n n 1

Gaya mekanik dinding sumur potensial F L F L Usaha sistem n 1 de L dl n an ml 3. W FdL.

Termodinamika (Klasik) Termodinamika Panas Usaha

Hukum ke-0 Termodinamika

Hukum I Termodinamika du Q W

Hukum II Termodinamika Tidak ada proses termodinamika yang mungkin dimana semua panas yang diserap dari tandon panas akan diubah seluruhnya mernjadi usaha. δq sebagian semua δ W

Termodinamika Kuantum sistem klasik : gas monoatomik ideal di dalam silinder berpiston sistem kuantum : partikel tunggal di dalam sumur potensial satu dimensi

Analogi Sistem Klasik pada Sistem Kuantum tekanan piston gaya dinding sumur volume silinder temperatur gas lebar sumur energi rata-rata partikel

Proses Adiabatik Klasik dan Kuantum

Proses Isotermal Klasik dan Kuantum

Namun untuk perhitungan usaha mekanik, dipakai grafik F(L) seperti berikut :

Proses Isokorik Klasik dan Kuantum

Proses Isobar Klasik dan Kuantum

Proses Ekspansi ebas Klasik (a) sistem : V (b) sistem : V A A V dinding adiabatik (terisolasi) Q 0 dinding wadah tidak bergerak W 0 du 0 dt 0(gas monoatomik ideal) du 0

Proses Ekspansi ebas Kuantum n n x x sin L L n = 1,, 3,... l x l l x sin, 1 L L = 1,, 3,... Asumsi dasar : du = 0 energi rata-rata selalu tetap

Sesaat setelah terjadi ekspansi bebas kuantum dari L αl maka l,n b n l, n l l 1 b = koefisien ekspansi bebas. Dengan anggapan bahwa fungsi eigen φ n tidak sempat berubah selama proses ekspansi bebas karena berlangsung tiba-tiba, maka dalam proses ini berlaku n n,0 x L 0, x 0 atau x L.

Dari hubungan normalitas 0 L dx * p l pl dan anggapan bahwa bilangan bulat positif maka diperoleh b l, n L * 0 l n dx 1 l n b l, n 3 n n 1 l n l sin l n.

Kasus Khusus n=1, α= Peluang mendapatkan energi ekspansi bebas: 1 l 16 1 1 pl bl, n l l 4 0 l 4,6,8,10,... l 1,3,5,7,... Maka fungsi gelombangnya menjadi 1 3 3 3 9 5 441 1 1 3 5...

Fungsi Eigen Selama Ekspansi ebas

Energi Rata-rata Selama Ekspansi ebas Kuantum Selalu Tetap p =1/ selama proses ekspansi bebas, partikel berada pada keadaan tereksitasi pertama (l=) Energi keadaan tereksitasi pertama: E ' m L ml. Energi sebelum ekspansi bebas: E. 1 ml

MESIN PANAS KUANTUM Kasus sederhana untuk n = r dan n = s : r x s x x ar sin as sin L L L L Energi rata-rata sistem : r s E L ar a ml ml s Gaya mekanik dinding sumur : r F L ar a ml s ml 3 s 3

Mesin Carnot Kuantum

Keadaan awal : n = r Langkah C : n = r n = s r ml Dari keadaan ternormalisasi diketahui E r s E L a a ml ml C r s n 1 a a a n r s 1 a s 1 a r maka r E L s a r s C ml.

Pada proses isotermal kuantum berlaku E E L Gaya mekanik mesin yaitu r s a r r s ml ml rl L C r s ar 0 L L, s r r a 1 L L. r s a r s F L a r ml a r ml L C r 3 s 3. s ml

Langkah CD : n = s Dari keadaan ternormalisasi diperoleh maka E L a CD n 1 E CD ml Gaya mekaniknya yaitu a n a s F L a CD s s s s ml 1. s ml. s ml. 3 3

Keadaan D : n = s s ml Langkah DA : n = s n = r. D Dari keadaan ternormalisasi didapat E D r s E L a a ml ml. DA r s n 1 a a a n r s 1 maka a s 1 a r r E L s a r s DA ml.

Proses isotermal kuantum memberikan E E L D s s a r r s mld ml sl L D r a 0 L L r r ar 1 L LD, s r. s Untuk gaya mekaniknya sebesar r F L a a ml s. ml L DA s a r s D DA r 3 s 3 D s ml

Langkah A : n = r Keadaan ternormalisasi memberikan maka n 1 a n a r 1 E A L r ml. Gaya mekanik dinding sumur yaitu n r r F L a a A n 3 r 3 3 n 1 ml ml ml.

Usaha total mesin : D D D D r r s C WC FC dl dl ln L L ml L ml r W W W CD DA A maka W t L sl r s s ml m r 1 r m L s L m r ln s 1 L s r L r s s ln. L L r

Panas input yang diserap mesin : Q in W C r s ln. ml r Efisiensi mesin Carnot kuantum : L L D s 1. r

Diketahui E E D r r L ml me L r ED s LD s E L D mld med s maka efisiensi dapat dinyatakan sebagai E 1 D. E

Mesin Otto Kuantum

Usaha total yang dihasilkan mesin : W W W W A C CD DA maka r 0 s m 0 1 1 m L L Wt s r D 1 1 L L D 1 1. m L L D

Panas input yang diserap mesin : Q Q U s r in C C ml. Efisiensi mesin Otto Kuantum : atau L L 1 ED EA 1. E E C D

Mesin rayton Kuantum

Usaha total mesin : W W W A C CD r r s ml ml 3 4 3 D r s r ml ml 4 3 3 s r s ml ml 4 3 3 D W DA maka W t r s s ml ml 3 m 3 4 3 D D r s r r s s L L 4 3 3 3 4 3 D.

Panas input yang masuk mesin : 3 Q r s r in ml 4 3 3. Efisiensi mesin rayton kuantum : 3 F 1 D. F

Mesin Diesel Kuantum

Usaha total mesin : W W W W A C CD maka W DA t 0 r ml A C 3 3 ml ml mla r ml r L r L s s ml C r s L L L 3r L L L r L L s L L L 3 3 3 3 3 4 3 3 A C A C A C A C m L LL 3 3 3 A C.

Panas input yang diserap mesin : Q in m s L L 3r L L r L 3 3 4 C C C 3 3 L LC. Efisiensi mesin Diesel kuantum : 3 3 1 LC L 1 LA LA 3 LC L. L L A A

Ditinjau untuk kasus L L C : Diesel Diesel L 3 3 L L 1 L L L lim 1 1 LC 3 L L L Otto. C A A C C L L A A A Dalam kasus F A F D : Diesel Diesel F 3 3 LC L 1 L L F lim 1 1 A FD 3 L F C L L L raytn o. A A D A A 3

Perbandingan Mesin Panas Kuantum dengan Mesin Klasik Carnot Otto rayton Diesel

Diketahui bahwa γ klasik = 5/3 dan γ kuantum = 3, maka untuk nilainilai rasio yang diberikan (dipilih sembarang) diperoleh Carnot Otto rayton Diesel η klasik=0,5 η klasik =0,6857 η klasik =0,48 η klasik =0,53 η kuantum =0,5 η kuantum =0,75 η kuantum =0,37 η kuantum =0,57

KESIMPULAN Secara umum, efisiensi mesin-mesin panas kuantum lebih tinggi daripada efisiensi mesin klasiknya masingmasing. Nilai efisiensi mesin Diesel kuantum akan mendekati efisiensi mesin Otto kuantum ketika L mendekati L C pada kondisi L C, L D = L A, n = r dan n = s yang sama. Nilai efisiensi mesin Diesel kuantum akan mendekati efisiensi mesin rayton kuantum ketika F A mendekati F D pada kondisi F D, F = F C, n = r dan n = s yang sama. Konstanta Laplace γ pada sistem partikel tunggal di dalam sumur potensial satu dimensi bernilai 3.