Sebuah mobil dapat dianggap sebagai mesin termodinamika yang mengubah energi kimia bahan bakar menjadi energi mekanik, yang pada akhirnya dihamburkan oleh gesekan. Gambar 1 di bawah adalah diagram alir yang menggambarkan konversi energi berturut-turut dalam mobil yang digerakkan oleh mesin bensin.
Gambar 1. Diagram Alir Konversi Energi Motor Bakar
Satu liter bensin melepaskan 3,4 x 107 J energi kimia ketika dibakar dengan oksigen. Saat bepergian dengan kecepatan 65 km/jam di jalan rata, mobil yang dijelaskan dalam diagram alir diatas mengkonsumsi 7,6 liter per jam, setara dengan energi kimia 2,6 x 108 J per jam, atau 72 kW. Engine mengubah sekitar 20% energi kimia ini menjadi energi mekanik. Hal ini memberikan sebagian besar energi mekanik ini ke transmisi dan as mobil. Energi yang mencapai as sebagian dimasukkan ke dalam bodi mobil (poros mendorong ke depan terhadap bantalannya, melakukan pekerjaan pada bodi mobil ), dan sebagian lagi diumpankan ke roda. Energi yang dikirim ke bodi dihamburkan menjadi panas oleh gesekan udara, dan energi yang dikirim ke roda dihamburkan menjadi panas oleh gesekan bergulir melawan jalan.
Dari 72 kW energi kimia yang masuk ke engine, hanya 14 kW yang termanfaatkan sebagai tenaga pendorong, banyak di antaranya yang lain berguna untuk melawan gaya gesekan eksternal dari udara dan dari jalan. Sebagian besar energi dihamburkan dalam proses konversi. Perhatikan bahwa pemborosan terbesar terjadi di mesin itu sendiri—sebagian besar di mesin bensin, energi kimia dikeluarkan dalam bentuk gas buang. Mesin diesel mencapai efisiensi yang agak lebih tinggi, karena mereka membakar bahan bakarnya lebih sempurna.
Meskipun demikian, inefisiensi mesin ini adalah konsekuensi dari hukum dasar termodinamika. Mesin bensin adalah mesin kalor—mengubah kalor yang dilepaskan oleh pembakaran bahan bakar menjadi energi mekanik. Efisiensi suatu mesin kalor ideal diberikan oleh persamaan di bawah. Dalam motor bensin, sumber panasnya adalah gas panas yang dihasilkan oleh pembakaran, dan heat sink (pendingin) adalah udara di sekitar mesin. Pembakaran sempurna bahan bakar hidrokarbon menghasilkan temperatur gas sisa sekitar 2400 K. Udara sekitar mesin biasanya memiliki suhu 300 K (27 oC). Oleh karena itu efisiensi maksimum yang dapat dicapai adalah
Mesin bensin dan mesin lain yang membakar bahan bakar hidrokarbon tidak mendekati efisiensi maksimum dari mesin ideal ini (88%), karena tidak membakar bahan bakar sepenuhnya, mereka mengeluarkan gas buang pada suhu yang jauh lebih tinggi dari 300 K (27 oC), dan mereka juga mengalami gesekan internal.
Referensi: Phisics For Engineers and Scientists
Taufiqur Rokhman 