Isochoric Process Formule i Calculus, dnevni primjeri



 Isochoric proces to je sve termodinamički proces u kojem volumen ostaje konstantan. Ti se procesi često nazivaju i izometrijski ili izovolumični. Općenito, termodinamički proces može se odvijati pod konstantnim tlakom i tada se naziva izobarični.

Kada se dogodi na konstantnoj temperaturi, u tom slučaju se kaže da je to izotermni proces. Ako nema razmjene topline između sustava i okoliša, onda govorimo o adiabatici. S druge strane, kada postoji konstantan volumen, generirani proces se naziva izohorični.

U slučaju izohoričnog procesa, može se potvrditi da je u tim procesima rad s tlakom-volumenom nulta, jer to proizlazi iz množenja pritiska s povećanjem volumena.

Osim toga, u termodinamičkom dijagramu tlak-volumen izokorični procesi su predstavljeni u obliku okomite ravne linije.

indeks

  • 1 Formule i izračun
    • 1.1. Prvo načelo termodinamike
  • 2 Dnevni primjeri
    • 2.1 Otto idealan ciklus
  • 3 Praktični primjeri
    • 3.1 Prvi primjer
    • 3.2 Drugi primjer
  • 4 Reference

Formule i izračun

Prvo načelo termodinamike

U termodinamici rad se izračunava polazeći od sljedećeg izraza:

W = P Δ ΔV

U ovom izrazu W je rad mjeren u džulima, P tlak mjeren u Newtonu po kvadratnom metru, a ΔV je promjena ili povećanje volumena izmjereno u kubnim metrima.

Isto tako, onaj poznat kao prvi princip termodinamike kaže da:

Δ U = Q - W

U navedenoj formuli W je rad koji obavlja sustav ili sustav, Q je toplina koju sustav prima ili emitira, i U to je varijacija unutarnje energije sustava. Ovom prigodom mjere se tri veličine u džulima.

Budući da je u izohoričnom procesu rad nulti, slijedi:

U = QV    (od, ΔV = 0, a time i W = 0)

To znači da je unutarnja energetska varijabilnost sustava isključivo posljedica razmjene topline između sustava i okoliša. U ovom slučaju prenesena toplina se naziva toplina pri konstantnom volumenu.

Toplinski kapacitet tijela ili sustava proizlazi iz dijeljenja količine energije u obliku topline koja se prenosi na tijelo ili sustav u danom procesu i promjene temperature.

Kada se proces provodi pri konstantnom volumenu, toplinski kapacitet se izgovara konstantnim volumenom i označen je s Cv (molarni toplinski kapacitet).

U tom će se slučaju ispuniti:

Pv = n = Cv  T T

U ovoj situaciji, n je broj molova, Cv je spomenuti molarni toplinski kapacitet pri konstantnom volumenu i ΔT je povećanje temperature koje doživljava tijelo ili sustav.

Dnevni primjeri

Lako je zamisliti izohorični proces, samo je potrebno misliti na proces koji se odvija na konstantnom volumenu; to jest, u kojem se spremnik koji sadrži materiju ili sustav materijala ne mijenja u volumenu.

Primjer može biti slučaj (idealnog) plina zatvorenog u zatvorenom spremniku čiji se volumen ne može mijenjati ni na koji način na koji se dovodi toplina. Pretpostavimo slučaj plina koji je zatvoren u boci.

Prijenosom topline na plin, kao što je već objašnjeno, rezultirat će povećanjem ili povećanjem unutarnje energije.

Reverzni proces bio bi plin koji je zatvoren u spremniku čiji se volumen ne može mijenjati. Ako se plin hladi i odaje toplinu okolini, tlak plina bi se smanjio i vrijednost unutarnje energije plina bi se smanjila..

Otto idealan ciklus

Otto ciklus je idealan slučaj ciklusa koji koriste benzinski motori. Međutim, njegova prva primjena bila je u strojevima koji su koristili prirodni plin ili druga goriva u plinovitom stanju.

U svakom slučaju, Ottov idealan ciklus je zanimljiv primjer izohoričnog procesa. To se događa kada se izgaranje smjese benzina i zraka odvija trenutno u motoru s unutarnjim izgaranjem..

U tom slučaju dolazi do porasta temperature i tlaka plina unutar cilindra, a volumen ostaje konstantan.

Praktični primjeri

Prvi primjer

S obzirom na (idealan) plin zatvoren u cilindru s klipom, naznačite jesu li sljedeći slučajevi primjeri izohornih procesa.

- Rad na 500 J se obavlja na plinu.

U ovom slučaju to ne bi bio izohorski proces jer je za izvođenje radova na plinu potrebno komprimirati, i stoga, mijenjati njegov volumen.

- Plin se širi horizontalnim pomicanjem klipa.

Opet, to ne bi bio isohorični proces, s obzirom na to da ekspanzija plina podrazumijeva varijaciju njezina volumena.

- Klip cilindra je fiksiran tako da se ne može pomicati i plin se hladi.

Tom prigodom to bi bio izohorski proces, budući da ne bi postojala varijacija volumena.

Drugi primjer

Odredite varijaciju unutarnje energije koja će se iskusiti s plinom sadržanim u spremniku volumena 10 L podvrgnutom tlaku od 1 atm, ako njegova temperatura raste od 34ºC do 60ºC u izohornom procesu, poznata je njegova specifična molarna toplina Cv = 2,5 ·R (bude R = 8,31 J / mol · K).

Budući da je proces konstantnog volumena, varijacija unutarnje energije će se pojaviti samo kao posljedica topline koja se dovodi u plin. To se određuje sljedećom formulom:

Pv = n = Cv  T T

Kako bi se izračunala isporučena toplina, najprije je potrebno izračunati moli plina koji se nalazi u spremniku. Za to je potrebno pribjeći jednadžbi idealnih plinova:

P = V = n ∙ R. T

U ovoj jednadžbi n je broj mola, R je konstanta čija je vrijednost 8,31 J / mol · K, T je temperatura, P je tlak kojem je izložen plin izmjeren u atmosferi i T je temperatura mjereno u Kelvinu.

Obrišite i dobit ćete:

n = R / T / (P) V) = 0, 39 mola

Tako da:

U = QV  = n = Cv  T ΔT = 0,39 ∙ 2,5 1 8,31 = 26 = 210,65 J

reference

  1. Resnik, Halliday i Krane (2002). Fizika svezak 1. Cecsa.
  2. Laider, Keith, J. (1993). Oxford University Press, izd. Svijet fizičke kemije.
  3. Kapacitet grijanja. (N. D.). U Wikipediji. Preuzeto 28. ožujka 2018. s en.wikipedia.org.
  4. Latentna toplina (N. D.). U Wikipediji. Preuzeto 28. ožujka 2018. s en.wikipedia.org.
  5. Izohorski proces. (N. D.). U Wikipediji. Preuzeto 28. ožujka 2018. s en.wikipedia.org.