Pada paper ini, dibahas mesin panas kuantum dengan medium partikel relativistik pada sumur potensial 2 dimensi. Dipilih model mirip mesin Carnot dengan ekspansi isoenergetik dan isoentropik pada kedua dimensi sumur potensial. Diambil parameter ekspansi yang berbeda pada kedua dimensi. Dari perhitungan secara analitik, diperoleh nilai efisiensi mesin panas dalam pendekatan non-relativistik bergantung pada ukuran awal sumur potensial. Namun jika parameter ekspansi diambil sama, maka nilai efisiensi sama dengan kasus 1 dimensi.
Pada paper ini, dibahas mesin panas kuantum dengan medium partikel relativistik pada sumur potensial 2 dimensi. Dipilih model mirip mesin Carnot dengan ekspansi isoenergetik dan isoentropik pada kedua dimensi sumur potensial. Diambil parameter ekspansi yang berbeda pada kedua dimensi. Dari perhitungan secara analitik, diperoleh nilai efisiensi mesin panas dalam pendekatan non-relativistik bergantung pada ukuran awal sumur potensial. Namun jika parameter ekspansi diambil sama, maka nilai efisiensi sama dengan kasus 1 dimensi.
Beberapa mesin panas kuantum sebagai aplikasi nyata termodinamika kuantum telah dimodelkan. Mesin-mesin ini dibangun dari partikel tunggal di dalam sumur potensial tak berhingga satu dimensi yang dianalogikan dari sistem klasik berupa gas monoatomik ideal di dalam silinder berpiston. Dengan temperatur gas dianalogikan menjadi energi rata-rata partikel, volume silinder dianalogikan menjadi lebar sumur dan tekanan piston dianalogikan sebagai gaya mekanik dinding sumur maka proses-proses termodinamika kuantum dapat dijelaskan. Proses-proses inilah yang menyusun siklus Carnot, Otto, Brayton dan Diesel secara kuantum yang kemudian dapat dihitung efisiensinya berdasarkan hukum pertama termodinamika. Akhirnya diperoleh bahwa secara umum efisiensi mesin-mesin panas kuantum lebih tinggi daripada efisiensi mesin klasiknya masing-masing.
Dalam paper ini, disajikan mesin panas kuantum dengan m-fermion dan p-keadaan pada sumur potensial satu dimensi sebagai medium kerja mesin panas kuantum. Siklus Carnot dilakukan dengan dua proses isoenergi dan dua proses iso-entropi, generalisasi keadaan transisi dilakukan setelah proses iso-energi. Parameter ekspansi yang memaksimalkan output daya dihitung untuk setiap konfigurasi keadaan transisi. Didapatkan pula pasangan antara parameter ekspansi dan konfigurasi keadaan transisi yang memaksimalkan daya output.
Telah dilakukan kajian mesin Carnot, Otto, Diesel dan Brayton kuantum.
Berbeda dengan mesin panas termodinamika klasik, mesin panas kuantum ini
dikonstruksi oleh partikel kuantum, sebagai working substance, yang terkurung
dalam kotak potensial 1D sehingga terbentuk energi diskrit dengan salah satu
dinding potensial berperan layaknya piston yang dapat berekspansi dan
berkompresi.
Formulasi mesin panas kuantum sistem kotak 1D tidak memanfaatkan
konsep temperatur. Konsep temperatur diperankan oleh nilai harap Hamiltonian
sistem yang merupakan rata-rata ensambel energi system. Sedemikian hingga
proses isotermal bagi ensambel kuantum dalam kontak dengan reservoir
dianalogikan secara kuantum dengan mempertahankan nilai harap Hamiltonian
konstan. Sementara proses adiabatik dideskripsikan dengan mempertahankan
probabilitas kedudukan tiap tingkat energi sehingga konstan. Implementasi
pendekatan analogi dilakukan untuk mengevaluasi mesin Carnot kuantum dengan
berbagai variasi sistem kotak 1D, yakni sistem 3-keadaan, n-keadaan dan sistem 2
partikel.
Model analogi perlu penyempurnaan dalam pendefinisian gaya dan
pendeskripsian proses bagi sistem kuantum. Elaborasi mikroskopis terhadap
hukum pertama termodinamika memandu pada definisi gaya dan deskripsi proses
bagi sistem kuantum. Dengan demikian dilakukan penyempurnaan model analogi
dengan mengintegrasikan formulasi mikroskopis hukum pertama termodinamika
sehingga terwujud model analogi termodifikasi. Model analogi termodifikasi
selanjutnya diimplementasikan untuk mengevaluasi mesin Otto, Diesel dan
Brayton kuantum.
Mesin panas kuantum sistem kotak 1D n-keadaan yang dihasilkan
memiliki unjuk kerja sebagai berikut. Efisiensi mesin panas kuantum sama
dengan hasil perhitungan klasik dengan nilai harap Hamiltonian menggantikan
peran temperatur. Jumlah tingkat energi yang dilibatkan dalam sistem berpotensi
menurunkan unjuk kerja mesin panas kuantum yang mengandung proses ekspansi
berkontak dengan reservoir. makin besar jumlah keadaan-eigen penyusun sistem makin rendah efisiensi mesin panas kuantum. Penurunan efisiensi oleh
meningkatnya keadaan-eigen yang terlibat dapat dihambat dengan melakukan
kontrol ekspansi terhadap proses tersebut.
ABSTRAK Syawaluddin A., Muhammad. 2016. Mesin Carnot, Otto, Brayton, dan Diesel Kuantum Sistem massless-Boson Tunggal dalam Kotak Potensial 1 Dimensi. Naskah. Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Negeri Malang. Pembimbing: (I) Dr.Eny Latifah, M.Si, (II) Dr.Hari Wisodo, S.Pd, M.Si. Kata Kunci : Mesin Panas Kuantum, partikel Massless-Boson tunggal, kotak satu dimensi. Mesin panas merupakan suatu alat yang dapat mengkonfersi panas menjadi kerja. Beberapa contoh mesin panas adalah mesin Carnot, Otto, Brayton dan Diesel. Pada penelitian ini mempelajari sistem mekanika kuantum yang mirip dengan proses pada sistem mesin panas yang dikenal sebagai mesin panas kuantum. Sistem kuantum yang dimaksud adalahsistem partikel yang terjebak dalam kotak potensial 1 dimensi dengan salah satu batas dinding potensial dapat bergerak bebas. Telah dilakukan eksplorasi mesin Carnot, Otto, Brayton dan Diesel kuantum sistem Massless-Boson tunggal dalam kotak potensial 1 Dimensi sebagai zat kerja. Eksplorasi mesin panas dilakukan dengan menyelesaikan persamaan Klein-Gordon. Metode yang digunakan adalah permodelan analogi yang termodifikasi dari penggunaan hukum pertama termodinamika, sehingga dapat mendeskripsikan setiap proses pada masing-masing siklus mesin panas untuk sistem kuantum. Hasil akhir penelitian berupa formulasi dari efisiensi masing-masing mesin Panas untuk sistem kuantum berbasis Bosson tunggal tak bermassa yang terjebak dalam kotak 1 dimensi sebagai zat kerjanya. Terdapat kesesuaian hasil antara efisiensi mesin kuantum relativistik dengan sistem kuantum non-relativistik dan klasiknya. Diperoleh konstanta Laplace untuk sistem kuantum relativistik bernilai 2.
ABSTRAK Yasin, Agus. 2015. Mesin Carnot Kuantum Sistem Dua Partikel Simetri dalam Kotak Satu Dimensi pada Tiga Tingkat Energi Terendah. Skripsi. Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Negeri Malang. Pembimbing: (I) Dr. Eny Latifah, S.Si, M.Si, (II) Prof. Dr. Arif Hidayat, M.Si. Kata Kunci: mesin Carnot kuantum, partikel simetri, kotak satu dimensi Telah dilakukan penelitian Mesin Carnot kuantum yang dimodelkan secara analogis untuk sistem partikel dalam kotak satu dimensi. Model analogi tersebut membangun analogi kuantitas dan proses bagi sistem mekanika kuantum dari sistem klasiknya. Kajian mesin Carnot mekanika kuantum model analogi sebelumnya, menghadirkan problema dalam mendefinisikan gaya bagi sistem mekanika kuantum yang mengalami pertukaran energi. Mesin Carnot kuantum dalam penelitian ini mengimplementasikan hukum pertama termodinamika bagi sistem mekanika kuantum. Metode yang diimplementasikan untuk mendeskripsikan proses siklus Carnot kuantum adalah modifikasi model analogi mesin Carnot mekanika kuantum. Modifikasi yang dilakukan adalah pendeskripsian hukum pertama termodinamika bagi sistem mekanika kuantum yang tidak digunakan pada model analogi sebelumnya. Model analogi hasil modifikasi juga melakukan koreksi pada definisi gaya yang digunakan pada mesin Carnot kuantum. Selain itu, dalam penelitian sebelumnya, sistem belum ditinjau dengan zat kerja partikel simetri. Oleh karena itu, fokus kajian dalam penelitian ini akan mendeskripsikan mesin Carnot kuantum sistem kotak satu dimensi pada tiga tingkat energi terendah dengan zat kerja dua partikel simetri. Kemudian mendeskripsikan proses isotermal kuantum dan adiabatik kuantum yang terjadi dalam sistem tersebut. Dan setelah itu mencari efisiensinya. Berdasarkan hasil penelitian, diperoleh tiga kesimpulan sebagai berikut. (1) Dua partikel simetri dalam kotak satu dimensi dengan tiga tingkat energi terendah memiliki enam konfigurasi dan enam energi eigen terkait. (2) Siklus Carnot kuantum dari dua partikel simetri sebagai zat kerja melalui empat proses, yaitu. (a) Proses ekspansi isotermal kuantum, dua partikel simetri akan tereksitasi dari keadaan dasar ke tingkat energi ketiga dan menyebabkan lebar kotak terekspansi. (b) Proses ekspansi adiabatik kuantum, sistem mengalami penurunan temperatur, tidak terjadi perubahan probabilitas, dan menyebabkan lebar kotak terekspansi. (c) Proses kompresi isotermal kuantum, dua partikel simetri akan tereksitasi dari tingkat energi ketiga ke keadaan dasar dan menyebabkan lebar kotak terkompresi. (d) Proses kompresi adiabatik kuantum, sistem mengalami peningkatan temperatur, tidak terjadi perubahan probabilitas, dan menyebabkan lebar kotak terkompresi menuju keadaan awal. (3) Efisiensi yang diperoleh yaitu . Efisiensi tersebut bernilai lebih kecil dibandingkan dengan efisiensi mesin Carnot kuantum sistem partikel tunggal pada tiga keadaan terendah dan efisiensi mesin Carnot kuantum sistem 2 boson pada dua keadaan terendah namun secara analog sama dengan efisiensi mesin Carnot klasiknya. Normal 0 false false false EN-US X-NONE X-NONE MicrosoftInternetExplorer4 /* Style Definitions */
table.MsoNormalTable
{mso-style-name:Table Normal;
mso-tstyle-rowband-size:0;
mso-tstyle-colband-size:0;
mso-style-noshow:yes;
mso-style-priority:99;
mso-style-qformat:yes;
mso-style-parent:;
mso-padding-alt:0in 5.4pt 0in 5.4pt;
mso-para-margin-top:0in;
mso-para-margin-right:0in;
mso-para-margin-bottom:10.0pt;
mso-para-margin-left:0in;
line-height:115%;
mso-pagination:widow-orphan;
font-size:11.0pt;
font-family:Calibri,sans-serif;
mso-ascii-font-family:Calibri;
mso-ascii-theme-font:minor-latin;
mso-fareast-font-family:Times New Roman;
mso-fareast-theme-font:minor-fareast;
mso-hansi-font-family:Calibri;
mso-hansi-theme-font:minor-latin;
mso-bidi-font-family:Times New Roman;
mso-bidi-theme-font:minor-bidi;}