Formule și procese de procese isochorice, exemple zilnice

oProcesul isochoric este orice proces de caracter termodinamic în care volumul rămâne constant. Aceste procese sunt adesea numite izometrice sau izovolumice. În general, un proces termodinamic poate să apară la o presiune constantă și apoi să fie numit izobaric.

Când apare la o temperatură constantă, în acest caz se spune că este un proces izotermic. Dacă nu există schimb de căldură între sistem și mediu, atunci vorbim de adiabatică. Pe de altă parte, atunci când există un volum constant, procesul generat este numit isochoric.

În cazul procesului isochoric, se poate afirma că în aceste procese volumul de presiune-volum este nul, deoarece acest lucru rezultă din înmulțirea presiunii prin creșterea volumului.

În plus, într-o diagramă termodinamică de presiune-volum, procesele isochorice sunt reprezentate sub forma unei linii drepte verticale.

index

• 1 Formule și calcul
  • 1.1 Primul principiu al termodinamicii
  • 1.2 Capacitatea de căldură la volum constant
• 2 Exemple zilnice
  • 2.1 Ciclul ideal Otto
• 3 Exemple practice
  • 3.1 Primul exemplu
  • 3.2 Al doilea exemplu
• 4 Referințe

Formule și calcul

Primul principiu al termodinamicii

În termodinamică, lucrarea este calculată din următoarea expresie:

W = P ∙ Δ V

În această expresie W este lucrul măsurat în Joules, P presiunea măsurată în Newton pe metru pătrat și ΔV este variația sau creșterea volumului măsurată în metri cubi.

De asemenea, cel cunoscut sub numele de primul principiu al termodinamicii afirmă că:

Δ U = Q - W

În formula menționată W este lucrarea efectuată de sistem sau de sistem, Q este căldura primită sau emisă de sistem și Δ U este variația internă a energiei sistemului. Cu această ocazie, cele trei magnitudine sunt măsurate în Joule.

Întrucât într-un proces isochoric lucrarea este nulă, se dovedește că este adevărat că:

Δ U = Q_V (deoarece, ΔV = 0 și, prin urmare, W = 0)

Astfel, variația internă a energiei din sistem se datorează exclusiv schimbului de căldură între sistem și mediu. În acest caz, căldura transferată se numește căldură la volum constant.

Capacitatea de căldură la volum constant

Capacitatea de căldură a unui corp sau a unui sistem rezultă din împărțirea cantității de energie sub formă de căldură transferată către un corp sau sistem într-un proces dat și schimbarea de temperatură pe care o resimte.

Când procesul se desfășoară la volum constant, capacitatea de căldură este vorbită la volum constant și este notată cu C_v (capacitatea de căldură molară).

Va fi îndeplinită în acest caz:

Q_v = n ∙ C_v ∙ ΔT

Într-o astfel de situație, n este numărul de moli, C_v este capacitatea de căldură molară menționată mai sus la volum constant și ΔT este creșterea temperaturii experimentată de organism sau sistem.

Exemple zilnice

Este ușor de imaginat un proces isochoric, este necesar doar să ne gândim la un proces care are loc la un volum constant; adică în care recipientul care conține materia sau sistemul material nu se modifică în volum.

Un exemplu ar putea fi cazul unui gaz (ideal) închis într-un recipient închis al cărui volum nu poate fi modificat prin nici un mijloc la care este furnizată căldură. Să presupunem cazul unui gaz închis într-o sticlă.

Prin transferul căldurii către gaz, după cum sa explicat deja, se va ajunge la creșterea sau creșterea energiei sale interne.

Procesul invers ar fi acela al unui gaz închis într-un recipient a cărui volum nu poate fi modificat. Dacă gazul se răcește și dă căldură mediului, atunci presiunea gazului va fi redusă și valoarea energiei interne a gazului va scădea.

Ciclul ideal Otto

Ciclul Otto este un caz ideal al ciclului folosit de motoarele pe benzină. Cu toate acestea, utilizarea inițială a fost utilizată în mașinile care utilizează gaze naturale sau alți combustibili în stare gazoasă.

În orice caz, ciclul ideal al lui Otto este un exemplu interesant al procesului isochoric. Apare atunci când arderea amestecului benzină-aer are loc instantaneu într-un motor cu combustie internă.

În acest caz, are loc o creștere a temperaturii și a presiunii gazului în interiorul cilindrului, volumul rămânând constant.

Exemple practice

Primul exemplu

Având în vedere un gaz (ideal) închis într-un cilindru cu piston, indicați dacă următoarele cazuri sunt exemple de procese isochorice.

- O lucrare de 500 J se face pe gaz.

În acest caz, nu ar fi un proces isochoric, deoarece pentru a efectua o lucrare asupra gazului este necesar să îl comprimați și, prin urmare, să îi modificați volumul.

- Gazul se extinde prin deplasarea orizontală a pistonului.

Din nou, nu ar fi un proces isochoric, deoarece extinderea gazului implică o variație a volumului său.

- pistonul cilindrului este fixat astfel încât să nu poată fi deplasat și gazul să fie răcit.

Cu această ocazie, ar fi un proces izocoră, deoarece o modificare a volumului nu ar fi.

Al doilea exemplu

Se determină variația energiei interne care experimenta un conținut într-un recipient cu un volum de 10 L sub presiune de 1 atm, gaz atunci când temperatura se ridică la 34 ° C până la 60 ° C într-un proces izocoră, căldura specifică cunoscută molar C_v = 2.5·R (fiind R = 8,31 J / mol · K).

Deoarece acesta este un proces de volum constant, schimbarea internă a energiei va avea loc doar ca rezultat al agentului termic furnizat de gaz. Aceasta se determină cu următoarea formulă:

Q_v = n ∙ C_v ∙ ΔT

Pentru a calcula căldura furnizată în primul rând este necesar să se calculeze molii de gaz în container. Pentru aceasta este necesar să se recurgă la ecuația gazelor ideale:

P ∙ V ∙ n ∙ R ∙ T

În această ecuație n este numărul de moli, R este o constantă a cărei valoare este 8,31 J / mol · K, T este temperatura, P este presiunea la care gazul este supus măsură atmosfere și T este temperatura măsurată în Kelvin.

Ștergeți n și obțineți:

n = R ∙ T / (P ∙ V) = 0,39 moli

Astfel:

Δ U = Q_V = n ∙ C_v ∙ ΔT = 0,39 ∙ 2,5 ∙ 8,31 ∙ 26 = 210,65 J

referințe

1. Resnik, Halliday și Krane (2002).Volumul fizicii 1. CECSA.
2. Laider, Keith, J. (1993). Oxford University Press, ed.Lumea Chimiei Fizice.
3. Capacitatea de căldură. (N.d.). În Wikipedia. Adus pe 28 martie 2018, de la en.wikipedia.org.
4. Latent Heat (N.d.). În Wikipedia. Adus pe 28 martie 2018, de la en.wikipedia.org.
5. Procesul isochoric. (N.d.). În Wikipedia. Adus pe 28 martie 2018, de la en.wikipedia.org.