Isokorisk prosess: Formler og beregninger, Daglige eksempler
En isokorisk prosess er en hvilken som helst termodynamisk prosess der volumet forblir konstant. Disse prosessene kalles også ofte isometrisk eller isovolumisk. Generelt kan en termodynamisk prosess oppstå ved konstant trykk og kalles så isobarisk.
Når det oppstår ved en konstant temperatur, sies det i så fall å være en isotermisk prosess. Hvis det ikke er varmeveksling mellom systemet og miljøet, snakker vi om adiabatikk. På den annen side, når det er et konstant volum, kalles den genererte prosessen isokorisk.
I tilfelle av isokorisk prosess kan det bekreftes at i disse prosessene er trykkvolumarbeidet null, da dette resulterer i å multiplisere trykket ved volumøkning.
I tillegg, i et termodynamisk trykkvolumdiagram, er de isokoriske prosessene representert i form av en vertikal rettlinje.
Formler og beregning
Det første prinsippet om termodynamikk
I termodynamikken beregnes arbeidet ut fra følgende uttrykk:
W = P ∙ Δ V
I dette uttrykket er W arbeidet målt i Joules, P trykket målt i Newton per kvadratmeter, og ΔV er variasjonen eller økningen i volum målt i kubikkmeter.
På samme måte står den som kalles det første prinsippet om termodynamikk at:
Δ U = Q - W
I denne formelen er W det arbeidet som utføres av systemet eller systemet, Q er varmen mottas eller utstråles av systemet, og ΔU er den interne energivarianten til systemet. Ved denne anledningen blir de tre størrelsene målt i Joules.
Siden i en isokorisk prosess er arbeidet null, viser det seg at det er sant at:
Δ U = Q V (siden, ΔV = 0 og derfor W = 0)
Det vil si at den interne energivarianten til systemet skyldes varmeveksling mellom systemet og miljøet. I dette tilfellet blir varmen som overføres, kalt varme ved konstant volum.
Varmekapasiteten til en kropp eller et system resulterer i å dele mengden energi i form av varme overført til en kropp eller et system i en gitt prosess, og temperaturendringen oppleves av den.
Når prosessen utføres med konstant volum, tales varmekapasitet ved konstant volum og betegnes med C v (molar varmekapasitet).
Det vil bli oppfylt i så fall:
Q v = n ∙ C v ∙ ΔT
I denne situasjonen er n antallet mol, Cv er den ovenfor nevnte molare varmekapasiteten ved konstant volum og ΔT er temperaturøkningen opplevd av kroppen eller systemet.
Daglige eksempler
Det er lett å forestille seg en isokorisk prosess, det er bare nødvendig å tenke på en prosess som skjer ved konstant volum; det vil si at beholderen som inneholder materialmaterialet eller systemet ikke endres i volum.
Et eksempel kan være tilfelle av en gass (ideell) innelukket i en lukket beholder, hvis volum ikke kan endres på noen måte som det tilføres varme. Anta tilfelle av en gass som er lukket i en flaske.
Ved å overføre varme til gassen, som allerede forklart, vil den ende opp med en økning eller økning i sin indre energi.
Den omvendte prosessen vil være den for en gass som er innelukket i en beholder hvis volum ikke kan endres. Hvis gassen kjøler og gir varme til miljøet, vil gasstrykket reduseres og verdien av gassens indre energi vil redusere.
Den Otto ideelle syklusen
Otto-syklusen er et ideelt tilfelle av syklusen som brukes av bensinmotorer. Det var imidlertid førstegangs bruk i maskiner som brukte naturgass eller andre drivstoff i gassform.
I alle fall er Ottos ideelle syklus et interessant eksempel på isokorisk prosess. Det oppstår når forbrenningen av bensin-luftblandingen foregår øyeblikkelig i en forbrenningsmotor.
I så fall finner en økning i temperaturen og trykket av gassen inne i sylinderen sted, volumet forblir konstant.
Praktiske eksempler
Første eksempel
Gitt en (ideell) gass innesluttet i en sylinder med et stempel, angi om følgende tilfeller er eksempler på isokoriske prosesser.
- Et arbeid på 500 J er gjort på gassen.
I dette tilfellet ville det ikke være en isokorisk prosess fordi å utføre et arbeid på gassen, er det nødvendig å komprimere det, og derfor endre volumet.
- Gassen ekspanderer ved å forskyve stempelet horisontalt.
Igjen vil det ikke være en isokorisk prosess, siden gassutvidelsen innebærer en variasjon av volumet.
- Sylinderens stempel er festet slik at det ikke kan forskyves og gassen avkjøles.
Ved denne anledningen ville det være en isokorisk prosess, siden det ikke ville være en variasjon i volum.
Andre eksempel
Bestem den interne energivariasjonen som en gass inneholdt i en beholder med et volum på 10 liter utsatt for 1 atm trykk vil oppleve hvis temperaturen stiger fra 34 ºC til 60 ºC i en isokorisk prosess, kjent sin molar-spesifikke varme C v = 2, 5 · R (hvor R = 8, 31 J / mol · K).
Siden det er en konstant volumprosess, vil den interne energivariasjonen bare oppstå som følge av varmen som tilføres gassen. Dette bestemmes med følgende formel:
Q v = n ∙ C v ∙ ΔT
For å beregne varmen som følger med, er det først nødvendig å beregne mengden gass som er inneholdt i beholderen. For dette er det nødvendig å ty til ligningen til de ideelle gassene:
P ∙ V = n ∙ R ∙ T
I denne ligningen er n antallet mol, R er en konstant hvis verdi er 8, 31 J / mol · K, T er temperaturen, P er trykket til hvilket gassen målt i atmosfærene underkastes og T er temperaturen målt i Kelvin.
Slett n og du får:
n = R ∙ T / (P ∙ V) = 0, 39 mol
Slik at:
Δ U = Q V = n ∙ C v ∙ ΔT = 0, 39 ∙ 2, 5 ∙ 8, 31 ∙ 26 = 210, 65 J
