Jawaban:

Untuk menghitung usaha total pada siklus termodinamika ini, kita perlu mengetahui nilai usaha pada setiap langkah siklus. Berikut adalah langkah-langkah dalam siklus termodinamika ini:

Langkah isotermik pertama: Gas mengembang pada suhu konstan dari volume V1 ke volume V2. Karena suhu konstan, tekanan gas berubah secara terbalik dengan volume gas, sehingga tekanan turun dari P1 ke P2. Pada langkah ini, usaha yang dilakukan oleh gas sebesar:

W1 = nRT ln(V2/V1)

Langkah isobarik pertama: Gas mengembang pada tekanan tetap dari volume V2 ke volume V3. Karena tekanan tetap, tidak ada usaha yang dilakukan oleh gas pada langkah ini.

W2 = 0

Langkah isotermik kedua: Gas dipadatkan pada suhu konstan dari volume V3 ke volume V4. Karena suhu konstan, tekanan gas berubah secara terbalik dengan volume gas, sehingga tekanan naik dari P3 ke P4. Pada langkah ini, usaha yang dilakukan pada gas sebesar:

W3 = nRT ln(V4/V3)

Langkah isobarik kedua: Gas dipadatkan pada tekanan tetap dari volume V4 ke volume V1. Karena tekanan tetap, tidak ada usaha yang dilakukan oleh gas pada langkah ini.

W4 = 0

Jadi, usaha total pada siklus termodinamika ini adalah:

Wtotal = W1 + W2 + W3 + W4

Wtotal = nRT ln(V2/V1) + 0 + nRT ln(V4/V3) + 0

Wtotal = nRT ln[(V2/V1) x (V4/V3)]

Dalam satu siklus termodinamika, gas kembali ke keadaan awalnya, sehingga perbandingan V2/V1 sama dengan V4/V3, sehingga:

Wtotal = nRT ln[(V2/V1) x (V4/V3)]

Wtotal = nRT ln(1)

Wtotal = 0

Jadi, usaha total pada siklus termodinamika ini adalah nol. Hal ini menunjukkan bahwa siklus termodinamika ini bersifat reversibel dan tidak ada kerugian energi atau entropi.