MESIN CARNOT

Proses melingkar adalah suatu proses pada suatu system setelah mengalami beberapa perubahan keadaan, akhirnya kembali pada keadaan semula.

Pada proses melingkar, system berubah kemudian kembali ke keadaan semula. Energy dalam proses melingkar tidak berubah.

Sebuah proses reversible adalah sebuah proses yang berlangsung sedemikian sehingga pada akhir proses, system dan keliling local ( local surroundings) dapat dikembalikan ke keadaan mula-mula, tanpa meninggalkan suatu perubahan pada sisa universum (rest of universe). Universum disini digunakan dalam arti teknis, yaitu sempit sekali tanpa suatu pengertian kosmos.

Universum disini artinya tidak lain adalah bagian yang berhingga dari dunia yang terdiri dari system dan kelilingnya yang dapat mengadakan interaksi dengan system itu. Sebuah proses yang tidak memenuhi syarat-syarat diatas disebut irreversible.

Sebagai konsekuensi hukum kedua Termodinamika yang memperlihatkan arah perubahan alami distribusi energy dan memperkenalkan prinsip peningkatan entropi, maka semua proses alam adalah irreversible.

Pengubahan usaha menjadi energy dalam sebuah system kalor berlangsung dengan disertai gejala-gejala seperti gesekan viskositas, inelastisitas, tahanan listrikndan listeresisi magnetic. Efek-efek ini disebut efek-efek disipatif dan usaha itu dikatakan terdissipasi.

Proses-proses yang disertai dissipasi usaha menjadi energy dalam dikatakan menunjukkan irreversible mekanik luar. Irreversibilitas lainnya ialah irreversibilitas mekanik dalam, irreversibilitas termik, irreversibilitas kimia.

Kalau berbagai macam proses alam diselidiki dengan teliti maka ternyata bahwa semuanya disertai salah satu dari dua sifat berikut.

1.                   Tidak dipenuhinya syarat-syarat untuk kesetimbangan termodinamika, yaitu tidak adanya kesetimbangan mekanik, termik dan kimia

2.                   Adanya efek disipatif, seperti geseran, viskositas, anelastisitas, tahanan listrik dan listeresis magnetic.

Maka dapat ditarik kesimpulan, bahwa sebuah proses akan reversible kalau

1.                   Proses itu berlangsung quasi-statik

2.                   Proses itu tidak disertai efek-efek desipatif.

Karena tidak mungkin bentuk memenuhi kedua syarat itu dengan sempurna maka jelaslah bahwa sebuah proses reversible adalah sesuatu yang hayal atau ideal.

Proses reversible sangat berguna dalam perhitungan teori dalam hal ini, pengandaian proses reversible dalam termodinamika serupa dengan pengandaian yang seringkali dijumpai dalam mekanika, misalnya pengandaian kawat yang tidak bermassa, katrol tanpa geseran dan titik massa.

Sumber: https://docs.google.com/document/d/1_1lWHQj5O3j4YO8aKaVGvQEm78FPW__MCBM3jI_z_aQ/edit

PRINSIP-PRINSIP TERMODINAMIKA

Sebelum memecahkan masalah-masalah termodinamika, penting untuk mengetahui istilah-istilah tertentu. Pada gambar menyajikan kotak kaca yang tertutup rapat yang berisi sebuah bola besi padat. Kita bisa menyebut bahwa Bagian dalam kotak sebagai “sistem” yang dipelajari. Oleh sebab itu, sistem terdiri dari (1) udara yang berada di dalam kotak, dan (2) bola logam itu sendiri. Daerah di luar sistem, atau di luar kotak dalam contoh ini, disebut “lingkungan sekitar”.

Lingkungan sekitar system.

Sistem dapat dibagi menjadi tiga berdasarkan jenis pertukaran yang terjadi:

1.      sistem terisolasi pada sistem ini tak terjadi pertukaran panas, benda atau kerja dengan lingkungan. Jika tidak ada energi dalam bentuk kalor yang dapat masuk atau keluar dari sistem, perubahan energi secara keseluruhan dalam sistem dan kandungan kalor adalah nol. Contoh dari sistem terisolasi adalah wadah terisolasi, seperti tabung gas terisolasi.

2.      Sistem tertutup pada sistem ini terjadi pertukaran energi (panas dan kerja) tetapi tidak terjadi pertukaran benda dengan lingkungan. Rumah hijau adalah contoh dari sistem tertutup di mana terjadi pertukaran panas tetapi tidak terjadi pertukaran kerja dengan lingkungan. Apakah suatu sistem terjadi pertukaran panas, kerja atau keduanya biasanya dipertimbangkan sebagai sifat pembatasnya:

ü  pembatas adiabatik: tidak memperbolehkan pertukaran panas.

ü  pembatas rigid: tidak memperbolehkan pertukaran kerja.

3.      Sistem ini terbuka sistem dan lingkungan sekitar menjadi bebas berinteraksi dan berganti bentuk energi.

Kesetimbangan termodinamika ada jika parameter fisik dari suatu sistem ( misalnya: suhu, volume dan tekanan) adalah konstan sepanjang waktu. Kesetimbangan termal ada jika dua sistem berada dalam kontak termal dan terjadi aliran kalor di antara keduanya ( temperature keduanya adalah sama ).

Termodinamika dibagi menjadi tiga berdasarkan perubahan dalam kandungan kalor:

1.      Q = 0 Jika tidak terjadi perubahan atau perubahan bersih dalam perubahan kalor.

2.      Q adalah positif (+) Jika suatu sistem memperoleh energi dalam bentuk kalor, maka kandungan kalor meningkat.

3.      Q adalah negatif (-) jika suatu sistem melepaskan kalor.

Maka di dapatlah hubungan :

Q adalah positif (+) jika T akhir  T awal dan negatif (-) jika T akhir  T awal.

Prinsip perubahan fase wujud suatu benda:

Benda terdiri dari 3 wujud yaitu; cair, gas, dan padat. Banyak substansi mempunyai kemampuan berada dalam 3 status atau fase : padat, cair, dan gas. Fase suatu substansi pada sembarang waktu (t) berkaitan semata-mata dengan status energi pada waktu itu. Pada suatu percobaan dilakukan suatu penelitian tentang perubahan fase yang dialami oleh air (H₂O), saat dipanaskan. H₂O yang dipakai adalah air murni (distilasi) dan ditempatkan disuatu ruangan bertekanan 1 atmosfer. Suatu alat pembakar Bunsen ditempatkan dibawah es balok seberat 5 gram (H₂O padat) dengan suhu awal -20⁰C (titik A pada grafik). saat kalor dialirkan pada es batu, energi kinetik acak rata-rata molekul H₂O meningkat, dan molekul H₂O bergerak makin lama makin cepat.

Es dihangatkan hingga mencapai 0⁰C (titik B), titik lebur tekanan murni pada 1 atm. Walaupun suhu seluruh es batu meningkat, tidak terjadi perubahan fase (yakni,es tidak mencair sama sekali), baru pada saat seluruh bagian es batu mencapai titik lebur 0⁰C maka perubahan fase terjadi. Selanjutnya, energi yang diberikan hanya melelehkan es batu tanpa adanya  selama proses mencair. Baru setelah setiap molekul mengalami perubahan fase (padat  cair) temperature kembali mulai meningkat.

Titik C mewakili air yang baru terbentuk pada 0⁰C. Panas api kemudian memanaskan air namun tidak terjadi perubahan fase air sampai setiap bagian air yang mengalir mencapai 100⁰C (titik D), titik didih resmi air mulai pada tekanan 1 atm. Saat kalor diserap oleh air, tingkat energi molekul air meningkat menyebabkan terjadinya penguapan.

Grafik ini menunjukan temperatur selalu tetap konstan selama perubahan fase. Setelah semua molekul telah berubah fase menjadi gas barulah mulai terjadi perubahan suhu gas.

Dari data diatas dapat diketahui macam-macam perubahan fase:

1.   Dari B  C adalah mencair atau melebur

2.   Dari D E adalah penguapan

3.   Dari E D adalah kondensasi

4.   Dari C B adalah membeku

5.   Dari B E atau E B adalah sublimasi

sumber : https://www.academia.edu/6161539/TERMODINAMIKA_iva_erlin_word

JENIS-JENIS PERUBAHAN ENTALPI

Jenis-Jenis Perubahan Entalpi

• Perubahan entalpi yang diukur pada suhu 25 ^oC dan tekanan 1 atm ( keadaan standar) disebut perubahan entalpi standar ( dinyatakan dengan tanda DH^o atau DH₂₉₈ ).
• Perubahan entalpi yang tidak merujuk pada kondisi pengukurannya dinyatakan dengan lambang DH saja.
• Entalpi molar = perubahan entalpi tiap mol zat ( kJ / mol ).
• Perubahan entalpi, meliputi :

1. a. Perubahan Entalpi Pembentukan Standar ( DHf ^o ) = kalor pembentukan

Adalah perubahan entalpi yang terjadi pada pembentukan 1 mol senyawa dari unsur-unsurnya pada suhu dan tekanan standar ( 25^oC, 1 atm ). Entalpinya bisa dilepaskan maupun diserap. Satuannya adalah kJ / mol.

Bentuk standar dari suatu unsur adalah bentuk yang paling stabil dari unsur itu pada keadaan standar ( 298 K, 1 atm ).

Jika perubahan entalpi pembentukan tidak diukur pada keadaan standar maka dinotasikan dengan DHf

Contoh :

Catatan :

• DHf unsur bebas = nol
• Dalam entalpi pembentukan, jumlah zat yang dihasilkan adalah1 mol.
• Dibentuk dari unsur-unsurnya dalam bentuk standar.

1. b. Perubahan Entalpi Penguraian Standar ( DHd ^o )

Adalah perubahan entalpi yang terjadi pada penguraian 1 mol senyawa menjadi unsur-unsur penyusunnya pada keadaan standar.

Jika pengukuran tidak dilakukan pada keadaan standar, maka dinotasikan dengan DHd. Satuannya = kJ / mol.

Perubahan entalpi penguraian standar merupakan kebalikan dari perubahan entalpi pembentukan standar, maka nilainya pun akan berlawanan tanda.

Menurut Marquis de Laplace, “ jumlah kalor yang dilepaskan pada pembentukan senyawa dari unsur-unsur penyusunnya = jumlah kalor yang diperlukan pada penguraian senyawa tersebut menjadi unsur-unsur penyusunnya. “ Pernyataan ini disebut Hukum Laplace.

Contoh :

Diketahui DHf ^o H₂O(l) = -286 kJ/mol, maka entalpi penguraian H₂O(l) menjadi gas hidrogen dan gas oksigen adalah +286 kJ/mol.

1. c. Perubahan Entalpi Pembakaran Standar ( DHc ^o )

Adalah perubahan entalpi yang terjadi pada pembakaran 1 mol suatu zat secara sempurna pada keadaan standar.

Jika pengukuran tidak dilakukan pada keadaan standar, maka dinotasikan dengan DHc. Satuannya = kJ / mol.

Contoh :

1. d. Perubahan Entalpi Netralisasi Standar ( DHn ^o )

Adalah perubahan entalpi yang terjadi pada penetralan 1 mol asam oleh basa atau 1 mol basa oleh asam pada keadaan standar.

Jika pengukuran tidak dilakukan pada keadaan standar, maka dinotasikan dengan DHn. Satuannya = kJ / mol.

Contoh :

DHn reaksi = -200 kJ

DHn NaOH = -200 kJ / 2 mol  =  -100 kJ/mol

DHn H₂SO₄ = -200 kJ / 1 mol  =  -200 kJ/mol

1. e. Perubahan Entalpi Penguapan Standar ( DH^ovap)

Adalah perubahan entalpi yang terjadi pada penguapan 1 mol zat dalam fase cair menjadi fase gas pada keadaan standar.

Jika pengukuran tidak dilakukan pada keadaan standar, maka dinotasikan dengan DHvap. Satuannya = kJ / mol.

Contoh :

1. f. Perubahan Entalpi Peleburan Standar ( DH^ofus )

Adalah perubahan entalpi yang terjadi pada pencairan / peleburan 1 mol zat dalam fase padat menjadi zat dalam fase cair pada keadaan standar.

Jika pengukuran tidak dilakukan pada keadaan standar, maka dinotasikan dengan DHfus. Satuannya = kJ / mol.

Contoh :

1. g. Perubahan Entalpi Sublimasi Standar ( DH^osub )

Adalah perubahan entalpi yang terjadi pada sublimasi 1 mol zat dalam fase padat menjadi zat dalam fase gas pada keadaan standar.

Jika pengukuran tidak dilakukan pada keadaan standar, maka dinotasikan dengan DHsub. Satuannya = kJ / mol.

Contoh :

1. h. Perubahan Entalpi Pelarutan Standar ( DH^osol )

Adalah perubahan entalpi yang terjadi ketika 1 mol zat melarut dalam suatu pelarut ( umumnya air ) pada keadaan standar.

Jika pengukuran tidak dilakukan pada keadaan standar, maka dinotasikan dengan DHsol. Satuannya = kJ / mol.

ENTALPI DAN PERUBAHAN ENTALPI

Entalpi (H) adalah jumlah energi yang dimiliki sistem pada tekanan tetap. Entalpi (H) dirumuskan sebagai jumlah energi yang terkandung dalam sistem (E) dan kerja (W).

H = E + W

dengan:

W = P × V

E = energi (joule)

W = kerja sistem (joule)

V = volume (liter)

P = tekanan (atm)

Hukum kekekalan energi menjelaskan bahwa energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan, tetapi hanya dapat diubah dari bentuk energi yang  satu menjadi bentuk energi yang lain. Nilai energi suatu materi tidak dapat diukur, yang dapat diukur hanyalah perubahan energi (ΔE). Demikian juga halnya dengan entalpi, entalpi tidak dapat diukur, kita hanya dapat mengukur perubahan entalpi (ΔH).

ΔH = H_p – H_r

dengan:

ΔH = perubahan entalpi

H_p = entalpi produk

H_r = entalpi reaktan atau pereaksi

a. Bila H produk > H reaktan, maka ΔH bertanda positif, berarti terjadi penyerapan kalor dari lingkungan ke sistem.

b. Bila H reaktan > H produk, maka ΔH bertanda negatif, berarti terjadi pelepasan kalor dari sistem ke lingkungan.

Secara matematis, perubahan entalpi (ΔH) dapat diturunkan sebagai berikut.

H = E + W (1)

Pada tekanan tetap:

ΔH = ΔE + PΔV (2)

ΔE = q + W (3)

W_sistem = –PV (4)

Substitusi persamaan (3) dan (4) dalam persamaan (2):

H = (q + W) + PΔV

H = (q – PΔV) + PΔV

H = q

Jadi, pada tekanan tetap, perubahan entalpi (ΔH) sama dengan kalor (q) yang diserap atau dilepas (James E. Brady, 1990).

Macam-macam reaksi kimia berdasarkan kalor yang dibebaskan/kalor yang diserap (Martin S. Silberberg, 2000):

a. Reaksi kimia yang membutuhkan atau menyerap kalor disebut reaksi endoterm.

Contoh:

Reaksi pemutusan ikatan pada molekul unsur H₂ adalah:

H₂ → 2 H ΔH = +a kJ

Reaksi endoterm dengan ΔH bertanda positif (+).

b. Reaksi kimia yang membebaskan kalor disebut reaksi eksoterm.

Contoh:

Reaksi pembentukan ikatan pada molekul unsur H₂ adalah:

2H → H₂ ΔH = –a kJ

Reaksi eksoterm dengan ΔH bertanda (–).

Diagram entalpi (diagram tingkat energi)

sumber : http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/kimia_sma1/kelas-2/entalpi-dan-perubahan-entalpi-%CE%B4h/

ENTROPI

Entropi adalah salah satu besaran termodinamika yang mengukur energi dalam sistem per satuan temperatur yang tak dapat digunakan untuk melakukan usaha. Mungkinmanifestasi yang paling umum dari entropi adalah (mengikuti hukum termodinamika),entropi dari sebuah sistem tertutup selalu naik dan pada kondisi transfer panas, energi panas berpindah dari komponen yang bersuhu lebih tinggi ke komponen yang bersuhu lebih rendah.Pada suatu sistem yang panasnya terisolasi, entropi hanya berjalan satu arah (bukan prosesreversibel/bolak-balik). Entropi suatu sistem perlu diukur untuk menentukan bahwa energitidak dapat dipakai untuk melakukan usaha pada proses-proses termodinamika. Proses-prosesini hanya bisa dilakukan oleh energi yang sudah diubah bentuknya, dan ketika energi diubahmenjadi kerja/usaha, maka secara teoritis mempunyai efisiensi maksimum tertentu. Selamakerja/usaha tersebut, entropi akan terkumpul pada sistem, yang lalu terdisipasi dalam bentuk panas buangan.Formulasi Kelvin-Planck atau hukum termodinamika kedua menyebutkan bahwaadalah tidak mungkin untuk membuat sebuah mesin kalor yang bekerja dalam suatu siklusyang semata-mata mengubah energi panas yang diperoleh dari suatu reservoir pada suhutertentu seluruhnya menjadi usaha mekanik. Hukum kedua termodinamika mengatakan bahwa aliran kalor memiliki arah; dengan kata lain, tidak semua proses di alam semestaadalah reversible (dapat dibalikkan arahnya). Sebagai contoh jika seekor beruang kutubtertidur di atas salju, maka salju dibawah tubuh nya akan mencair karena kalor dari tubuh beruang tersebut. Akan tetapi beruang tersebut tidak dapat mengambil kalor dari saljutersebut untuk menghangatkan tubuhnya. Dengan demikian, aliran energi kalor memilikiarah, yaitu dari panas ke dingin. Satu aplikasi penting dari hukum kedua adalah studi tentangmesin kalor.Pada termodinamika klasik, konsep entropi didefinisikan pada hukum keduatermodinamika, yang menyatakan bahwa entropi dari sistem yang terisolasi selalu bertambahatau tetap konstan. Maka, entropi juga dapat menjadi ukuran kecenderungan suatu proses,apakah proses tersebut cenderung akan "terentropikan" atau akan berlangsung ke arahtertentu. Entropi juga menunjukkan bahwa energi panas selalu mengalir secara spontan daridaerah yang suhunya lebih tinggi ke daerah yang suhunya lebih rendah

DIFFERENSIAL PARSIAL DALAM TERMODINAMIKA

Uraian dan contoh

Seperti telah diketahui suatu fungsi y = f(x) mempunyai satu variabel bebas x. Kalau fungsi itu dideferensialkan terhadap x simbolnya :

ϑy/ ϑx = lim ˄y / ˄x = df(x) / dx = f’(x)

Misalkan suatu fungsi y mempunyai satu variabel bebas x mempunyai persamaan :

y= 3x² + 4x -2

Fungsi turunan pertama terhadap x menjadi :

dy/dx = 6x +4

Bilangan 3 koefisien dari x², bilangan 4 koefisien dari x dan bilangan -2 adalaj bilangan-bilangan tetap. Turunan pertama dari x² dikalikan dengan koefisiennya menjadi 3. 2x = 6x dan turunan pertama dari x dikalikan dengan koefisiennya 4. 1 = 4, sedangkan turunan dari bilangan tetap adalah nol.

Dalam termodinamika sering dijumpai persamaan suatu fungsi yang mempunyai lebih dari satu variabel bebas misalnya persamaan keadaan gas ideal

Persamaan keadaan ini mempunyai lebih dari dua variabel yaitu tekanan P, volume v, dan temperatur T.

Contoh 1

Hitunglah ϑz / ϑx dan ϑz / ϑy dari fungsi z = 4x³y + x²y² + 7y⁴?

Penyelesaian :

Mula-mula variabel y dianggap sebagai bilangan konstan, maka 4y dianggap koefisien dari x³,y² dianggap sebagai koefisien dari x² dan 7y⁴ sebagai bilangan tetap.

Maka ϑz / ϑx = 12yx² + 2y²x

Untuk menghitung ϑz / ϑy variabel x dianggap sebagai bilangan konstan, maka 4x³ dianggap sebagai koefisien dari y, x² dianggap ssebagai koefisien dari y² dan bilangan 7 adalah koefisien dari y⁴.

Maka ϑz / ϑx = 4x³ + 2x² +28y³

Contoh 2

 Hitunglah ϑz / ϑx dan ϑz / ϑy dari z = x³ +4x²y -8 .

Maka akan diperoleh :

ϑz / ϑx = 3x² + 8yx dan ϑz / ϑy = 0 + 4x²-0 = 4x².

Contoh 3

Hitunglah fungsi turunan parsial dari fungsi

v = xyz + x²y – xz³ + y⁴

penyelesaian :

fungsi merupakan fungsi dari tiga variabel bebas x, y dan z. Mula-mula v dideferensialkan terhadap x, variabel y,z dianggap sebagai bilangan tetap maka,

ϑv / ϑx = yz +2yx – z³.

Kemudian v dideferensialkan terhadap y, variabel x dan z dianggap sebagai bilangan tetap, maka

ϑv / ϑy = xz + x² + 4y³

v dideferensialkan terhadap z, variabel x dan y dianggap sebagai bilangan tetap, maka

ϑv / ϑz = xy -3xz².

Sumber : diktat apit fathurohman 2008

TEMPERATUR

temperatur adalah suatu ukuran aktivitas molekul. akan tetapi, dalam termodinamika klasik kuantitas-kuantitas yang didinginkan didefinisika hanya melalui observasi makroskopik, sehingga dengan demikian definisi temperatur melalui ukuran molekular tidak dapat dipergunakan. jadi kita harus melanjutkan analisis tanpa mendefinisikan temperatur dengan sebenarnya.

kesetaraan temperatur
biarkanlah dua benda terisolasi dari lingkungannya tapi letakkan bersentuhan satu dengan yang lainnya. jika yang satu lebih panas dari pada yang lainnya, benda yang lebih panas akan menjadi lebih dingin dan benda yang lebih dingin akan lebih panas, kedua benda tersebut akan mengalami perubahan sampai semua properti mereka (misalnya, tahanan listrik) berhenti berubah. ketika hal ini terjadi, kedua benda tersebut dikatakan telah mencapai kesetimbangan termal. jadi, kita menyatakan bahwa kedua sistem memiliki temperatur yang sama jika tidak ada perubahan pada propertinya ketika kedua sistem tersebut saling bersetuhan. dengan kata lain, jika dua sistem berada dalam kesetimbangan termal temperatur keduanya dipostulasikan bernilai sama.
      ada suatu pengamatan jelas yang disebut hukum ke-nol termodinamika: jika dua sistem memiliki temperatur yang sam dengan suatu sistem ketiga, keedunanya memiliki temperatur yang sama.

skala temperatur relatif
untuk membuat suatu skala temperatur, kita memilih sejumlah subdivisi, yang disebut derajat, diantara dua titik yang tetap dan mudah diulangi, titik es dan titik uap. titik es (ice point) terjadi ketika es dan air berada dalam kesetimbangan pada tekanan 101 kPa; titik uap (steam point) terjadi ketika air cair dan uapnya berada dalam kesetimbangan pada tekanan 101 kPa. pada skala farenheit terdapat 180 derajat diantara kedua titik tersebut; pada skala celcius (yang resminya disebut centrigrade), terdapat 100 derajat. pada skala farenheit titik es diberikan 32 dan pada skala celcius diberikan nilai 0. nilai-nilai ini memungkinkan kita untuk menuliskan

T_F= 9/5 t_C+ 32

T_C= 5/9 (t_F-32)  

skala temperatur absolut

hukum kedua termodinamika memungkinkan kita untuk mendefinisikan suatu skala temperatur absolut; akan tetapi, karena saat ini kita belum memiliki hukum kedua tersebut sedangkan kita perlu segera menggunakan temperatur absolut, maka akan diberikan skala temperatur absolut empiris.

   Hubungan temperatur absolut dan relatif adalah

T_F= t_F+ 459,67

T_C= t_C+273,15

dimana subskrip "F" mengacu pada skal farenheit dan subskrip "C" kepada skala celcius. (Nilai 460 dan 273 digunakan jika tingkat akurasi yang tepat tidak digunakan jika tingkat akuarsi yang tepat tidak diperlukan). temperatur absolut pada skala farenheit diberikan dalam derajat rankine (⁰R) dan pada skala celcius diberikan dalam kelvin (K). catatan 300 K dibaca "300 kelvin", bukan "300 derajat kelvin". kita tidak menggunakan simbol derajat untuk temperatur yang diukur dalam kelvin.

sumber :

 termodinamika teknik edisi ke-2 (2011)

Siklus Otto Ideal

Siklus Otto Ideal

Otto Cycle: The Ideal Cycle for Spark-ignition Engines

Siklus Otto adalah siklus ideal untuk mesin torak dengan pengapian-nyala bunga api.Pada mesin pembakaran dengan sistem pengapian-nyala ini, campuran bahan bakar dan udara dibakar dengan menggunakan percikan bunga api dari busi. Piston bergerak dalam empat langkah (disebut juga mesin dua siklus) dalam silinder, sedangkan poros engkol berputar dua kali untuk setiap siklus termodinamika. Mesin seperti ini disebut mesin pembakaran internal empat langkah. Skema berikut memperlihatkan setiap langkah piston dan pernyataan prosesnya pada diagram P-v untuk kondisi aktual mesin pengapian-nyala empat langkah,

Dari skema di atas tersebut, kondisi awal kedua katup hisap dan buang dalam keadaan tertutup sedangkan piston pada posisi terendahnya yaitu pada titik mati bawah (Bottom Dead Center/BDC). Selama langkah kompresi, piston bergerak ke atas, di mana campuran udara-bahan bakar dikompresi. Sesaat sebelum piston mencapai posisi tertingginya yaitu titik mati atas (Top Dead Center/TDC), percikan bunga api ditimbulkan oleh busi sehingga membakar campuran, yang kemudian menaikkan tekanan dan temperatur sistem. Tekanan gas yang tinggi tersebut mendorong piston ke bawah sehingga menyebabkan poros engkol berputar, selama langkah usaha (langkah ekspansi) ini dihasilkan kerja keluaran yang bermanfaat. Pada ujung langkah ini, piston pada posisi terendahnya untuk menyelesaikan siklus yang pertama (mesin satu siklus), sehingga isi silindernya berupa sisa pembakaran.

Piston bergerak kembali ke atas membersihkan gas buang melalui katup buang (langkah pembuangan), kemudian piston turun kembali ke bawah mengambil campuran udara-bahan bakar yang baru melalui katup hisap (langkah hisap). Sebagai catatan bahwa tekanan dalam silinder di atas tekanan lingkungan saat langkah buang dan berada di bawah tekanan lingkungan saat langkah hisap.

Analisis termodinamika untuk kondisi aktual tersebut dapat disederhanakan bila digunakan asumsi udara-standar yang berlaku sebagai gas-ideal. Karenaitu, siklus untuk kondisi aktual dimodifikasi menjadi sistem tertutup yang disebut sebagai siklus Otto ideal. Skema dan pernyataan prosesnya pada diagram P-v dan T-s seperti terlihat pada gambar berikut,

 Siklus Otto ideal terdiri dari empat proses reversibel internal, yaitu proses 1-2 kompresi isentropik, proses 2-3 penambahan kalor pada volume tetap, proses 3-4 ekspansi isentropik, dan proses 4-1 pelepasan kalor pada volume tetap. Karena siklus Otto ideal ini merupakan sistem tertutup, maka ada beberapa asumsi yang digunakan yaitu (1) mengabaikan perubahan energi kinetik dan potensial, dan (2) tidak ada kerja yang timbul selama proses perpindahan kalor.

Efisiensi termal siklus Otto ideal ini tergantung dari besarnya rasio kompresi mesin dan rasio kalor spesifik dari fluida kerjanya. Efisiensi siklus akan naik bila rasio kompresi dan rasio kalor spesifik semakin besar seperti pada diagram di bawah ini.

sumber :

http://tutorialteknik.blogspot.com/2011/05/siklus-otto-ideal.html