KAJIAN MESIN PANAS KUANTUM SISTEM KOTAK 1D
Eny Latifah
Abstract
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.