Mesin Carnot Kuantum Sistem Grafin dalam Kotak 1 Dimensi

Yohanes Dwi Saputra, Agus Purwanto

Telah dihitung efisiensi mesin Carnot kuantum berbasis partikel dua tingkat di dalam kotak potensial takhingga satu dimensi.Hasilnya hanya bergantung pada rasio volume selama proses adiabatik.

Agus Yasin

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;}

Deny Pra Setyo

Moch Zainal Abidin

Eny Latifah

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.

Indah Kharismawati, Bambang Supriadi, Rif’ati Dina Handayani