Mengenal Mesin Kalor dan Mesin Pendingin – Materi Fisika Kelas 11

mesin pendingin zenius education

Dalam kehidupan sehari-hari, ternyata kita menerapkan mesin kalor dan mesin pendingin seperti kulkas dan AC. Gimana ya prinsip kerja dan rumusnya? Cari tau di sini, yuk!

“Duhh … panas banget cuacanya, nyalain AC dong, Dek!”

“Duhh … panas ngeluh, dingin ngeluh, dasar manusia.”

Pasti elo pernah dong merasakan gerah akibat cuaca yang lagi panas-panasnya? Rasanya pengen banget masuk ke kolam renang atau minum es yang super suegerrrrr. Tapi, emang es apaan ya yang super suegerrrr? (Mikir)

Ilustrasi berpikir
Ilustrasi berpikir (dok. Tenor)

Balik lagi ke cuaca panas deh. Kalau lagi panas-panasnya, pasti nyalain AC rasanya bakal enak banget, sejuk, iya nggak sih? Tapi, coba deh kalau elo deketan sama kompresor dan kondensor AC-nya, bukan sejuk yang dirasakan, tapi malah panas. Tau rasanya kan?

Nah, kenapa sih kok bisa seperti itu? Ternyata, AC menerapkan konsep mesin pendingin, guys. Mesin pendingin atau heat pump ini kebalikan dari mesin kalor atau mesin carnot. Waduh, mesin-mesin apaan sih itu? Oke, supaya nggak penasaran lagi, langsung aja kita bahas bareng-bareng, yuk!

Apa Itu Mesin Kalor dan Mesin Pendingin?

Perhatikan perbedaan konsep dan prinsip kerja dari mesin kalor (heat engine) dan mesin pendingin (heat pump) di bawah ini!

Konsep dan prinsip kerja mesin kalor yaitu mengambil panas dari kalor yang mengalir dari reservoir bersuhu tinggi ke reservoir bersuhu rendah.

Jadi, secara konsep, mesin kalor ini akan mengubah kalor menjadi usaha. Contoh aplikasi dari mesin kalor adalah mesin uap, mesin mobil, dan mesin pesawat. Sedangkan, konsep dan prinsip kerja heat pump kebalikan dari heat engine, yaitu mengubah usaha menjadi kalor. Konsepnya bisa kamu lihat sebagai berikut.

Konsep dan prinsip kerja mesin pendingin yaitu mengalirkan kalor dari tempat yang bersuhu rendah ke tempat yang bersuhu lebih tinggi dengan bantuan usaha dari luar. 

Kenapa butuh bantuan usaha dari luar? Karena, proses pada heat pump itu nggak spontan. Jadi, dibutuhkan usaha untuk menjalankan mesin tersebut. Secara ilustrasi, konsep tersebut bisa digambarkan seperti ini:

prinsip kerja mesin pendingin zenius education
Prinsip kerja mesin pendingin. (Arsip Zenius)

Kalau kita perhatikan dari gambar di atas, saat musim dingin, maka heat pump akan membuat suhu di ruangan akan naik. Kenapa? Karena ruangan selalu mendapatkan aliran kalor. Sedangkan, ruangan pada musim panas suhunya akan turun, karena kalornya selalu dialirkan menuju ruangan.

Nah, kalau kita fokus ke ruangan pada musim dingin, maka heat pump bisa dijadikan sebagai penghangat ruangan. Sedangkan, ketika kita fokus ke ruangan pada musim dingin, maka heat pump bisa dijadikan sebagai pendingin ruangan.

Dengan konsep tersebut, maka contoh mesin pendingin yang ada di sekitar kita antara lain penghangat ruangan, AC, dan kulkas.

contoh gambar mesin pendingin zenius education
Gambar mesin pendingin. (dok. Flickr)

Kalau elo penasaran dengan penjelasan lebih lanjut dari materi di atas, elo bisa meluncur ke video belajar Zenius dengan klik banner di bawah ini!

belajar materi pelajaran kimia di zenius

Baca juga: Konsep Dasar Hukum Termodinamika – Materi Fisika Kelas 11

Rumus Mesin Pendingin

Gimana cara kita mengetahui seberapa besar usaha yang diberikan oleh suatu heat pump? Oke gini, karena heat pump merupakan satu siklus, jadi nggak ada perubahan keadaan. Dengan begitu, persamaannya bisa dituliskan sebagai berikut.

ΔU = 0 = Q – W

Keterangan:

ΔU: perubahan usaha

Q: kalor masuk

W: kalor keluar

Dengan catatan Q = W. Artinya, kalor yang masuk ke sistem sama dengan kalor yang keluar sistem. Oleh karena itu, rumus mesin pendingin bisa dituliskan sebagai berikut.

Weks = Qc – QH

Keterangan:

Weks: usaha yang dilakukan kepada sistem.

Qc: kalor yang masuk atau diserap.

QH: kalor yang keluar atau dilepaskan.

Oke, supaya lebih jelas, kita langsung masukkan angka-angkanya aja deh. Perhatikan contoh soal dan penyelesaiannya di bawah ini!

Sebuah mesin pendingin menyerap kalor dari suatu ruangan sebesar 4.000 J. Kalor tersebut kemudian dibuang ke lingkungan sebesar 2.000 J, berapakah usaha yang dilakukan oleh mesin pendingin tersebut?

Penyelesaian: W = Qc – QH = 4.000 – 2.000 J. Sehingga, usaha yang dilakukan oleh mesin tersebut sebesar 2.000 J.

Baca juga: Kapasitas Kalor Gas: Rumus dan Contoh Soal – Materi Fisika Kelas 11

Contoh Soal Mesin Pendingin

Untuk menguji sejauh mana pemahaman elo mengenai materi di atas, gue ada beberapa contoh soal dan pembahasan yang bisa dijadikan sebagai referensi. Cekidot!

Contoh Soal 1

Pada dasarnya, konsep mesin pendingin berbeda dengan mesin kalor. Konsep pendingin adalah ….

a. Menyerap kalor dari sesuatu bersuhu rendah ke suhu tinggi untuk menghasilkan usaha luar.

b. Mengalirkan kalor dari sesuatu bersuhu rendah ke suhu tinggi dengan bantuan usaha dari luar.

c. Menyerap kalor dari sesuatu bersuhu tinggi untuk digunakan sebagai usaha.

d. Mengalirkan kalor dari sesuatu bersuhu tinggi ke suhu lebih rendah dengan bantuan usaha dari luar.

e. Tidak ada jawaban yang sesuai.

Jawab: b. Mengalirkan kalor dari sesuatu bersuhu rendah ke suhu tinggi dengan bantuan usaha dari luar.

Pembahasan: Sesuai dengan pengertian yang udah gue uraian di atas, konsep mesin pendingin adalah mengalirkan kalor dari tempat yang bersuhu rendah ke tempat bersuhu lebih tinggi dengan bantuan usaha dari luar.

Contoh Soal 2

Sebuah mesin pendingin bekerja dengan menyerap kalor dari suatu ruangan sebesar 2.000 J. Kalor tersebut dibuang ke lingkungan. Jika kalor yang dibuang ke lingkungan sebesar 5.000 J, berapakah usaha yang dilakukan oleh mesin pendingin tersebut?

Jawab: 3.000 J.

Pembahasan: W = QH – QC = 5.000 – 2.000 = 3.000 J. Sehingga, usaha yang dilakukan oleh mesin tersebut sebesar 3.000 J.

Contoh Soal 3

Perhatikan prinsip kerja berikut ini.

“Mengambil panas dari kalor yang mengalir dari reservoir bersuhu tinggi ke reservoir bersuhu rendah.”

Kalimat di atas merupakan prinsip kerja dari ….

Jawab: mesin kalor.

Pembahasan: Mesin kalor memiliki prinsip mengambil panas dari kalor yang mengalir dari reservoir bersuhu tinggi ke rendah.

*****

Gimana nih, sampai sini udah paham kan tentang mesin kalor dan mesin pendingin? Buat yang lebih menyukai belajar dengan nonton video, elo bisa mengakses materi ini di video belajar Zenius menggunakan akun yang sudah didaftarkan di website dan aplikasi Zenius sebelumnya, ya!

Baca juga: 10 Faktor Penyebab Pemanasan Global – Materi Fisika Kelas 11

Bagikan Artikel Ini!