Изохорические формулы процесса и исчисление, ежедневные примеры



 Изохорический процесс это весь термодинамический процесс, при котором объем остается постоянным. Эти процессы часто также называют изометрическими или изоволюмичными. В общем, термодинамический процесс может происходить при постоянном давлении и затем называется изобарным.

Когда это происходит при постоянной температуре, в этом случае говорят, что это изотермический процесс. Если нет теплообмена между системой и окружающей средой, тогда мы говорим об адиабатике. С другой стороны, когда есть постоянный объем, генерируемый процесс называется изохорным.

В случае изохорного процесса можно утверждать, что в этих процессах работа давление-объем равна нулю, поскольку это является результатом умножения давления на увеличение объема..

Кроме того, на термодинамической диаграмме давление-объем изохорные процессы представлены в виде вертикальной прямой.

индекс

  • 1 Формулы и расчет
    • 1.1 Первый принцип термодинамики
  • 2 ежедневных примера
    • 2.1 Отто идеальный цикл
  • 3 практических примера
    • 3.1 Первый пример
    • 3.2 Второй пример
  • 4 Ссылки

Формулы и расчет

Первый принцип термодинамики

В термодинамике работа рассчитывается исходя из следующего выражения:

W = P ∙ Δ V

В этом выражении W - работа, измеренная в джоулях, P - давление, измеренное в ньютонах на квадратный метр, а ΔV - изменение или увеличение объема, измеренное в кубических метрах..

Аналогично, тот, который известен как первый принцип термодинамики, утверждает, что:

Δ U = Q - W

В указанной формуле W - это работа, выполняемая системой или системой, Q - тепло, получаемое или выделяемое системой, и Δ U это изменение внутренней энергии системы. В этом случае три величины измеряются в джоулях.

Поскольку в изохорном процессе работа является нулевой, из этого следует, что:

Δ U = QВ    (поскольку ΔV = 0 и, следовательно, W = 0)

То есть изменение внутренней энергии системы происходит исключительно за счет теплообмена между системой и окружающей средой. В этом случае передаваемое тепло называется теплом при постоянном объеме..

Теплоемкость тела или системы является результатом деления количества энергии в форме тепла, передаваемого телу или системе в данном процессе, и изменения температуры, испытываемого им..

Когда процесс проводится в постоянном объеме, теплоемкость выражается в постоянном объеме и обозначается как Сv (молярная теплоемкость).

Будет выполнено в таком случае:

Qv = n ∙ Cv  T ΔT

В этой ситуации n - число молей, сv - вышеупомянутая молярная теплоемкость при постоянном объеме, а ΔT - повышение температуры, испытываемое телом или системой..

Ежедневные примеры

Легко представить себе изохорный процесс, нужно только думать о процессе, который происходит в постоянном объеме; то есть, в котором контейнер, содержащий вещество или материальную систему, не изменяется в объеме.

Примером может служить случай (идеального) газа, заключенного в закрытый контейнер, объем которого не может быть изменен никакими средствами, к которым подводится тепло. Предположим, в случае газа, заключенного в бутылку.

Передача тепла газу, как уже объяснялось, в конечном итоге приведет к увеличению или увеличению его внутренней энергии..

Обратный процесс будет происходить с газом, заключенным в контейнер, объем которого не может быть изменен. Если газ охлаждается и отдает тепло окружающей среде, тогда давление газа будет уменьшаться, а значение внутренней энергии газа будет уменьшаться..

Идеальный цикл Отто

Цикл Отто является идеальным случаем цикла, используемого бензиновыми двигателями. Тем не менее, его первоначальное использование было в машинах, которые использовали природный газ или другое топливо в газообразном состоянии.

В любом случае идеальный цикл Отто является интересным примером изохорного процесса. Это происходит, когда сгорание смеси бензина и воздуха происходит мгновенно в двигателе внутреннего сгорания..

В этом случае происходит повышение температуры и давления газа внутри цилиндра, при этом объем остается постоянным.

Практические примеры

Первый пример

Учитывая (идеальный) газ, заключенный в цилиндр с поршнем, укажите, являются ли следующие случаи примерами изохорных процессов..

- 500 Дж работа на газе.

В этом случае это не будет изохорный процесс, поскольку для выполнения работы с газом необходимо его сжать, а значит, изменить его объем..

- Газ расширяется за счет горизонтального смещения поршня.

Опять же, это не был бы изохорный процесс, учитывая, что расширение газа подразумевает изменение его объема..

- Поршень цилиндра закреплен так, что его нельзя сместить, а газ охлаждают.

В этом случае это будет изохорный процесс, поскольку не будет изменений объема.

Второй пример

Определите изменение внутренней энергии, которое будет испытывать газ, содержащийся в контейнере объемом 10 л, который подвергается воздействию 1 атм давления, если его температура поднимается от 34ºC до 60ºC в изохорном процессе, известном его удельной молярной теплотой Сv = 2,5 ·R (будучи R = 8,31 Дж / моль · К).

Поскольку это процесс с постоянным объемом, изменение внутренней энергии будет происходить только вследствие тепла, подаваемого в газ. Это определяется по следующей формуле:

Qv = n ∙ Cv  T ΔT

Чтобы рассчитать подводимое тепло, сначала необходимо рассчитать количество молей газа, содержащегося в контейнере. Для этого необходимо прибегнуть к уравнению идеальных газов:

P ∙ V = n ∙ R ∙ T

В этом уравнении n - число молей, R - постоянная, значение которой составляет 8,31 Дж / моль · K, T - температура, P - давление, которому подвергается газ, измеренный в атмосферах, и T - температура. измеряется в кельвинах.

Очисти и получишь:

n = R ∙ T / (P ∙ V) = 0, 39 молей

Так что:

Δ U = QВ  = n ∙ Cv  T ΔT = 0,39 ∙ 2,5 ∙ 8,31 ∙ 26 = 210,65 Дж

ссылки

  1. Ресник, Холлидей и Крейн (2002). Физика Том 1. Cecsa.
  2. Laider, Keith, J. (1993). Издательство Оксфордского университета, изд. Мир физической химии.
  3. Теплоемкость. (Н.Д.). В википедии. Получено 28 марта 2018 г. с сайта en.wikipedia.org.
  4. Скрытая жара (Н.Д.). В википедии. Получено 28 марта 2018 г. с сайта en.wikipedia.org.
  5. Изохорный процесс. (Н.Д.). В википедии. Получено 28 марта 2018 г. с сайта en.wikipedia.org.