Isokorisk process: Formler och analys, Dagliga exempel
En isokorisk process är någon termodynamisk process där volymen förblir konstant. Dessa processer kallas ofta isometrisk eller isovolumisk. I allmänhet kan en termodynamisk process uppträda vid konstant tryck och kallas då isobarisk.
När det sker vid en konstant temperatur, sägs det i så fall vara en isotermisk process. Om det inte finns någon värmeväxling mellan systemet och miljön talar vi om adiabatik. Å andra sidan, när det finns en konstant volym kallas den genererade processen isokorisk.
När det gäller isokorisk process kan det bekräftas att i dessa processer är tryckvolymeringsarbetet noll, eftersom detta härrör från att multiplicera trycket med volymökningen.
Dessutom, i ett termodynamiskt tryckvolymdiagram, representeras de isokoriska processerna i form av en vertikal rak linje.
Formler och beräkning
Den första principen om termodynamik
I termodynamiken beräknas arbetet utgående från följande uttryck:
W = P ∙ Δ V
I detta uttryck är W det arbete som mäts i Joules, P trycket uppmätt i Newton per kvadratmeter, och ΔV är variationen eller ökningen i volymen mätt i kubikmeter.
På samma sätt står den som kallas den första principen för termodynamik att:
AU = Q-W
I denna formel är W det arbete som utförs av systemet eller systemet, Q är värmen mottagen eller emitterad av systemet, och ΔU är systemets interna energivariation. Vid detta tillfälle mäts de tre storheterna i Joules.
Eftersom i en isokorisk process är arbetet noll, visar det sig att det är sant att:
Δ U = Q V (sedan, ΔV = 0 och därmed W = 0)
Det innebär att systemets interna energivariation bara beror på värmeväxling mellan systemet och miljön. I detta fall kallas värmen som överförs kallad värme vid konstant volym.
Värmekapaciteten hos en kropp eller ett system resulterar i att dividera mängden energi i form av värme överförd till en kropp eller ett system i en given process och temperaturförändringen upplevd av den.
När processen utförs vid konstant volym talas värmekapacitet vid konstant volym och anges med Cv (molar värmekapacitet).
Det kommer att uppfyllas i det fallet:
Q v = n ∙ C v ∙ ΔT
I denna situation är n antalet mol, Cv är den ovannämnda molvärmekapaciteten vid konstant volym och AT är temperaturökningen som uppfattas av kroppen eller systemet.
Dagliga exempel
Det är lätt att föreställa sig en isokorisk process, det är bara nödvändigt att tänka på en process som uppträder vid konstant volym; det vill säga i vilken behållaren som innehåller materialmaterialet eller systemet inte förändras i volym.
Ett exempel kan vara fallet med en gas (ideal) som är innesluten i en sluten behållare, vars volym inte kan ändras på något sätt till vilken värme tillförs. Antag att det finns en gas i en flaska.
Genom att överföra värme till gasen, som redan förklarats, kommer den att hamna i en ökning eller ökning av sin inre energi.
Den omvända processen skulle vara den för en gas som är innesluten i en behållare vars volym inte kan modifieras. Om gasen kyler och ger värme till miljön, kommer gastrycket att minska och värdet på gasens inre energi minskar.
Den Otto idealiska cykeln
Otto-cykeln är ett idealfall för cykeln som används av bensinmotorer. Det var dock första gången i maskiner som använde naturgas eller andra bränslen i gasform.
I vilket fall är Ottos idealcykel ett intressant exempel på isokorisk process. Det uppstår när förbränningen av bensin-luftblandningen sker omedelbart i en förbränningsmotor.
I så fall sker en ökning i temperaturen och trycket hos gasen inuti cylindern, volymen kvarstår konstant.
Praktiska exempel
Första exemplet
Med tanke på en (idealisk) gas som är innesluten i en cylinder med en kolv, ange om följande fall är exempel på isokoriska processer.
- Ett arbete på 500 J görs på gasen.
I det här fallet skulle det inte vara en isokorisk process för att utföra ett arbete på gasen är det nödvändigt att komprimera det och därför ändra volymen.
- Gasen expanderar genom att kolven förskjuts horisontellt.
Återigen skulle det inte vara en isokorisk process, eftersom gasutbyggnaden innebär en variation av dess volym.
- Kolven på cylindern är fixerad så att den inte kan förskjutas och gasen kyls.
Vid detta tillfälle skulle det vara en isokorisk process, eftersom det inte skulle finnas någon variation i volymen.
Andra exemplet
Bestäm den interna energivariationen som en gas i en behållare med en volym på 10 liter utsatt för 1 atm tryck kommer att uppleva om temperaturen stiger från 34 ºC till 60 ºC i en isokorisk process, känd sin molära specifika värme C v = 2, 5 · R (där R = 8, 31 J / mol · K).
Eftersom det är en kontinuerlig volymprocess, kommer den interna energivariationen endast att uppstå som en följd av värmen som tillförs gasen. Detta bestäms med följande formel:
Q v = n ∙ C v ∙ ΔT
För att beräkna den tillförda värmen är det först nödvändigt att beräkna de mol gas som finns i behållaren. För detta är det nödvändigt att tillgripa ekvationen hos de ideala gaserna:
P ∙ V = n ∙ R ∙ T
I denna ekvation är n antalet mol, R är en konstant vars värde är 8, 31 J / mol · K, T är temperaturen, P är trycket till vilket gasen mätt i atmosfären utsätts och T är temperaturen mätt i Kelvin.
Rensa n och du får:
n = R ∙ T / (P ∙ V) = 0, 39 mol
Så att:
Δ U = Q V = n ∙ C v ∙ ΔT = 0, 39 ∙ 2, 5 ∙ 8, 31 ∙ 26 = 210, 65 J
