Kajian Teoritik Efisiensi Mesin Panas Kuantum Berbasis Dua Partikel Fermion Non-Relativistik dalam Sumur Potensial Satu Dimensi

Abstract

The presence of quantum theory can explain the microscopic behavior of particles that can not be observed directly. In general, macroscopic behavior is a representation of the microscopic state. One of the applications of quantum theory in thermodynamics is the quantum heat engine. Which this heat engine uses quantum matter as its work substance. The research for the efficiency of quantum heat engines based on two non-relativistic fermion with three energy levels has been done. Fermion particles are identical quantum particles that obey the Pauli’s Exclusion Principle. Exploration of quantum heat engines is done by solving the Schrödinger Equation. Followed by modification of the first law of thermodynamics with a quantum study to explain every process that takes place in a quantum heat engine. The result obtained is a formulation of the efficiency of quantum heat engine using the equation of heat engine efficiency in general. There is a matching between the efficiency of a quantum heat engine and its classic formulation. This research can used as a new source of information for future researches that want to explore further for quantum heat engines. Heat engines studies in this research are; Carnot engine, Otto engine and Diesel engine.

Kehadiran teori kuantum dapat menjelaskan perilaku mikroskopis dari partikel yang tidak bisa diamati secara langsung. Pada umumnya, perilaku makroskopis merupakan representasi dari keadaan mikroskopisnya. Salah satu aplikasi dari teori kuantum didalam dunia termodinamika adalah mesin panas kuantum. Dimana mesin panas ini menggunakan materi kuantum sebagai zat kerjanya. Telah dilakukan kajian untuk efisiensi mesin panas kuantum berbasis dua partikel fermion non-relativistik dengan tiga tingkat energi. Partikel fermion merupakan partikel kuantum identik yang memenuhi Prinsip Larangan Pauli. Eksplorasi mesin panas kuantum dilakukan dengan menyelesaikan Persamaan Schr dinger. Kemudian memodifikasi hukum pertama termodinamika dengan tinjauan kuantum untuk menjelaskan setiap proses yang terjadi didalam mesin panas kuantum. Hasil yang diperoleh adalah bentuk formulasi dari efisiensi mesin panas kuantum dengan menggunakan persamaan efisiensi mesin pada umumnya. Terdapat kesesuaian bentuk antara efisiensi mesin panas kuantum dengan klasiknya. Hal ini dapat menjadi sumber informasi baru bagi peneliti selanjutnya yang ingin mengeksplorasi mesin panas kuantum lebih lanjut. Mesin panas yang dikaji dalam penelitian ini adalah mesin Carnot, mesin Otto dan mesin Diesel.