Jurnal MIPA dan Pembelajarannya

Mesin Lenoir Kuantum Sistem 5 Fermion dalam Kotak 1D

Lara Sukmawati, Eny Latifah, Hari Wisodo

Published Apr 30, 2023• 0 citations

Abstract

Mesin 3 tahap Lenoir berhasil dikomersilkan oleh Ѐtienne Lenoir. Sayangnya mesin ini memiliki efisiensi rendah, seperti halnya mesin klasik yang lain. Dengan demikian diperlukan eksplorasi implementasi sistem kuantum, mengingat implementasi kuantum berhasil meningkatkan efisiensi mesin non-Carnot. Penelitian ini mengimplementasikan prinsip mekanika kuantum dalam membangun mesin panas sedemikian hingga menghasilkan mesin panas kuantum. Sistem mesin panas yang dipilih pada penelitian ini adalah sistem 5 fermion yang terjebak dalam kotak 1D dengan salah satu batas dinding potensial dapat bergerak bebas seperti piston pada termodinamika klasik. Metode penelitian yang diaplikasikan adalah metode analitik teoritik dengan menerapkan model analogi termodifikasi. Model analogi adalah penerapan analogi kuantum terhadap sistem dan proses mesin panas klasik. Sistem 5 fermion dideskripsikan dengan persamaan Schrodinger. Fermion tidak diijinkan memiliki himpunan bilangan kuantum yang sama atau dua / lebih dan fermion tidak boleh mencapai satu keadaan yang sama, sehingga fungsi gelombangnya bersifat antisimetri. Sistem mesin Lenoir lima fermion memiliki dua keadaan terendah. Keadaan fermion sebagai solusi persamaan Schrodinger memberikan informasi nilai-eigen energi sistem dan probabilitasnya ditiap tingkat keadaan yang menentukan nilai harap Hamiltonian, analogi energi panas dan usaha. Selanjutnya perubahan kuantitas energi ini menjalani proses isokorik, ekspansi adiabatik, dan kompresi isobarik kuantum. Setelah menjalani satu siklus, sistem ini berhasil dikalkulasi dan nilai efisiensi yang dihasilkan masih rendah. Dengan demikian perlu dilakukan penelitian lebih lanjut dengan mempertimbangkan komposisi probabilitas tiap keadaan.

DOI: 10.17977/um067v3i42023p163-172

Related papers

KAJIAN MESIN PANAS KUANTUM SISTEM KOTAK 1D

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.

Jan 1, 20140 citations

Karakteristik Termodinamis Mesin Carnot Kuantum Sistem Fermion Tunggal Tak-Bermassa Dalam Kotak Satu Dimensi

Muhammad Sugeng Yulianto

ABSTRAK Model analogi termodifikasi untuk mengeksplorasi mesin panas kuantum partikel fermion tidak memiliki representasi kuantitas temperatur, mengingat kuantitas temperatur diperankan oleh nilai harap Hamiltonian. Sementara dalam kajian mesin panas, kuantitas temperatur merupakan kuantitas utama, dengan demikian adalah urgen untuk melakukan penelitian tentang kuantitas temperatur dan kuantitas termodinamis lain pada kajian mesin panas kuantum. Telah dilakukan penelitian untuk mereproduksi kuantitas termodinamis mesin Carnot kuantum sistem fermion tunggal tak-bermassa dengan pendekatan mekanika statistik melalui fungsi partisi yang bersesuai dengan sistem kajian. Pendekatan statistik yang digunakan memenuhi statistika Maxwell-Boltzman. Fungsi partisi yang dibangun dengan nilai-eigen energi fermion tunggal tak- bermassa dalam kotak 1D menjadi fungsi-partisi-unik sistem yang selanjutnya digunakan sebagai jembatan antara mekanika kuantum dengan termodinamika. Bersandar pada fungsi-partisi-unik sistem, dilakukan pengukuran kuantitas energi rerata, temperatur, entropi, energi bebas Helmholtz, dan gaya yang bekerja pada sistem. Selanjutnya dihasilkan juga persamaan keadaan dan efisiensi mesin Carnot kuantum sistem fermion tunggal tak bermassa dalam kotak satu dimensi. Normal 0 false false false IN X-NONE X-NONE /* 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-parent:; mso-padding-alt:0cm 5.4pt 0cm 5.4pt; mso-para-margin-top:0cm; mso-para-margin-right:0cm; mso-para-margin-bottom:10.0pt; mso-para-margin-left:0cm; 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-hansi-font-family:Calibri; mso-hansi-theme-font:minor-latin; mso-bidi-font-family:Times New Roman; mso-bidi-theme-font:minor-bidi; mso-ansi-language:IN;}

SKRIPSI Jurusan Fisika - Fakultas MIPA UMMar 8, 20170 citations

Proses Adiabatis dan Isovolume Kuantum Sistem Dua Partikel Simetri

Muhammad Syawaluddin Akbar, Eny Latifah, Siti Nur Qomariyah +3 more

Sebagai piranti pengkonversi energi panas menjadi usaha, mesin panas harus memasuki era miniaturisasi lebih atas piranti yang deskripsi teoritiknya hanya dapat dilakukan dengan mekanika kuantum. Dengan demikian perlu dikonstruksi formulasi yang dapat mengendalikan sistem kuantum untuk menjalani proses termodinamis penyusun sistem mesin panas. Telah dilakukan rekonstruksi proses adiabatis dan isovolume sistem piston 1D dengan zat kerja 2 partikel kuantum yang simetri. Metode yang digunakan adalah model analogi dengan sistem termodinamika sebagai domain analogi dan sistem mekanika kuantum sebagai domain target. Pemodelan analogi meliputi analogi sistem dari piston menjadi kotak 1D dan analogi proses yang mengimplementasikan hukum pertama termodinamika untuk sistem kuantum. Hasil yang diperoleh adalah formulasi dan konfigurasi keadaan sistem, representasi energi selama proses isovolume dan adiabatik dan persamaan keadaan yang setara dengan persaman gas ideal. Dengan dihasilkannya mekanisme proses adiabatic dan isovolume sistem kuantum, akan dapat dibangun suatu proses siklus mesin Otto kuantum sistem 2 partikel simetri dan deskripsi efisiensinya.

JPSE (Journal of Physical Science and Engineering)Oct 10, 20172 citations

Mesin Panas Kuantum dengan Sistem Multipartikel dan Multi Keadaan

Heru Sukamto

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.

Jurnal Fisika dan AplikasinyaJun 1, 20150 citations

KARAKTERISTIK PROSES TERMODINAMIKA KUANTUM DAN MESIN PANAS KUANTUM

Nofa Ria Sagita

Telah dikaji beberapa mesin panas kuantum sebagai aplikasi nyata termodinamika kuantum. Mesin-mesin tersebut dibangun melalui proses-proses termodinamika kuantum berdasarkan tinjauan hukum pertama termodinamika secara kuantum. Dalam termodinamika kuantum, perubahan kalor sistem terkait dengan perubahan probabilitas partikel dan perubahan usaha sistem terkait dengan perubahan energi eigen partikel. Diperoleh perumusan usaha dan efisiensi mesin panas kuantum secara umum, selanjutnya diberikan beberapa model sistem kuantum sebagai ilustrasi dari mesin panas kuantum. Akhirnya diperoleh bahwa secara umum efisiensi mesin-mesin panas kuantum sama dengan efisiensi mesin klasiknya masing-masing.

Aug 3, 20100 citations

Kajian Teoritis Dinamika Sistem Kuantum Terbuka Menggunakan Persamaan Lindblad

Sunarti, Muh. Anas, La Ode Safiuddin +5 more

Penelitian ini bertujuan untuk mengkaji secara teoritis dinamika sistem kuantum terbuka menggunakan persamaan Lindblad sebagai kerangka utama dalam mendeskripsikan evolusi non-uniter. Latar belakang penelitian didasarkan pada keterbatasan pendekatan sistem kuantum tertutup yang tidak mampu merepresentasikan interaksi sistem dengan lingkungan secara realistis. Metode yang digunakan adalah pendekatan analitik matematis dengan memanfaatkan operator densitas (density matrix) dalam kerangka teori open quantum systems, serta mengadopsi asumsi Born dan Markov untuk menyederhanakan interaksi sistem-lingkungan. Hasil kajian menunjukkan bahwa persamaan Lindblad mampu menggambarkan fenomena dekoherensi dan dissipasi secara sistematis melalui kontribusi operator Lindblad yang mempengaruhi koherensi dan populasi keadaan sistem. Studi kasus pada sistem dua-level (qubit) memperlihatkan bahwa interaksi dengan lingkungan menyebabkan peluruhan koherensi serta perubahan populasi menuju keadaan kesetimbangan. Secara fisik, hal ini mengindikasikan adanya kehilangan informasi kuantum akibat interaksi eksternal, yang berdampak pada stabilitas sistem. Selain itu, model Lindblad terbukti memiliki konsistensi matematis yang kuat serta relevansi luas dalam berbagai aplikasi fisika kuantum modern. Namun demikian, keterbatasannya dalam menggambarkan sistem non-Markovian menunjukkan perlunya pengembangan model yang lebih umum. Oleh karena itu, penelitian ini diharapkan dapat memberikan kontribusi teoritis dalam memahami dinamika sistem kuantum terbuka serta menjadi dasar bagi pengembangan studi lanjutan dalam bidang teknologi kuantum.

Einstein's.Apr 28, 20260 citations