Proces izokoryczny

Co to jest proces izokoryczny?

A Proces izokoryczny Jest to każdy proces termodynamiczny, w którym objętość pozostaje stała. Procesy te często otrzymują nazwę izometrycznej lub izovolumetrycznej. Zasadniczo proces termodynamiczny może wystąpić pod stałym ciśnieniem, a następnie nazywany jest izobarycznym.

Kiedy występuje w stałej temperaturze, w takim przypadku mówi się, że jest to proces izotermiczny. Jeśli nie ma wymiany ciepła między systemem a środowiskiem, mówi się o adiabatycznym. Z drugiej strony, gdy istnieje stała objętość, wygenerowany proces nazywa się izokorycznie.

W przypadku procesu izokorycznego można potwierdzić, że w tych procesach praca na objętość ciśnienia jest nieważna, ponieważ wynika to z pomnożenia ciśnienia przez wzrost objętości.

Ponadto na schemacie termodynamicznej objętości ciśnienia procesy izokoryczne są reprezentowane w postaci pionowej linii prostej.

Wzory i obliczenia

Pierwsza zasada termodynamiki

W termodynamice praca jest obliczana na podstawie następującego wyrażenia:

W = p ∙ ∆ v

W tym wyrażeniu W jest pracą mierzoną w dżule, p ciśnienie mierzone w Newton na metr kwadratowy, a ∆ V jest zmianą lub wzrostem objętości mierzonej w metrach sześciennych.

Podobnie, znana jako pierwsza zasada termodynamiki stwierdza, że:

∆ u = q - w

W tej wzorze w systemie wykonanym przez system lub na systemie, czyli ciepło odebrane lub wydane przez system, i ∆ u Jest to wewnętrzna zmienność energii systemu. Przy tej okazji trzy wielkości są mierzone w dżuli.

Ponieważ w procesie izokorycznym praca wynosi zero, okazuje się, że się spełniło:

∆ u = q_V    (Ponieważ ∆ v = 0, a zatem w = 0)

Oznacza to, że wewnętrzna zmienność energii systemu wynika wyłącznie z wymiany ciepła między systemem a środowiskiem. W takim przypadku przeniesione ciepło nazywa się ciepłem do stałej objętości.

Pojemność cieplna przy stałej objętości

Pojemność cieplna ciała lub systemu wynika z podziału ilości energii w postaci ciepła przeniesionego do ciała lub systemu w danym procesie, a zmiana temperatury doświadczona przez to samo.

Gdy proces jest przeprowadzany przy stałej objętości, mówi się o pojemności cieplnej do stałej objętości i jest oznaczony przez C_v (molowa pojemność cieplna).

W takim przypadku zostanie spełnione:

Q_v = N ∙ c_v  ∙ ∆t

W tej sytuacji n to liczba moli, c_v Jest to wyżej wymieniona molowa pojemność cieplna do stałej objętości, a ∆T jest wzrostem temperatury doświadczonej przez korpus lub układ.

Codzienne przykłady procesów izokorycznych

Łatwo jest sobie wyobrazić proces izokoryczny, konieczne jest myślenie o procesie występującym przy stałej objętości; to znaczy, w którym pojemnik zawierający materiał lub system materiału nie zmienia głośności.

Przykładem może być przypadek (idealny) zablokowany w zamkniętym pojemniku, którego objętości nie można zmienić w żadnych środkach dostarczanych ciepło. Załóżmy, że przypadek gazu zablokowanego w butelce.

Przenosząc ciepło do gazu, jak już wyjaśniono, zakończy to wzrost lub wzrost energii wewnętrznej.

Proces odwrotnym byłby gaz gazu zamknięty w pojemniku, którego objętości nie można zmodyfikować. Gdyby gaz ostygnie i daje ciepło do środowiska, wówczas ciśnienie gazu i wartość energii wewnętrznej gazu zmniejszyłaby się.

Idealny cykl Otto

Cykl OTTO jest idealnym przypadkiem cyklu używanego przez maszyny benzynowe. Jednak jego początkowe zastosowanie dotyczyło maszyn, które używali gazu ziemnego lub innych paliw w stanie gazowym.

W każdym razie cykl idealny Otto jest interesującym przykładem procesu izokorycznego. Występuje, gdy w wewnętrznym samochodzie spalinowym spalanie benzyny i mieszanki powietrza odbywa się natychmiast.

W takim przypadku ma miejsce wzrost temperatury i ciśnienia gazowego w cylindrze, pozostając stałą objętością.

Praktyczne przykłady

Pierwszy przykład

Biorąc pod uwagę gaz (idealny) zablokowany w cylindrze dostarczonym tłokiem, wskazuj, czy następujące przypadki są przykładami procesów izokorycznych.

- Praca 500 J nad gazem jest zakończona.

W takim przypadku nie byłby to proces izokoryczny, ponieważ wykonywanie pracy na gazie konieczne jest go kompresję, a zatem zmienić jego objętość.

- Gaz rozszerza się poziomo tłok.

Ponownie nie byłby to proces izokoryczny, ponieważ ekspansja gazu implikuje zmienność jego objętości.

- Tłok cylindra jest ustalony, aby nie można było przesuwać gazu, a gaz jest chłodzony.

Przy tej okazji byłby to proces izokoryczny, ponieważ nie będzie zmienności objętościowej.

Drugi przykład

Określić zmianę energii wewnętrznej, która wystąpi gaz zawarty w pojemniku o objętości 10 L Złożony do 1 atm ciśnienia, jeśli jego temperatura wzrośnie z 34 ° C do 60 ° C w procesie izokorycznym, znany jego ciepło molowe ciepła właściwego C_v = 2.5 ·R (istnienie R = 8.31 j/mol · k).

Ponieważ jest to proces stałej objętości, wewnętrzna zmiana energii wystąpi tylko w wyniku ciepła dostarczonego do gazu. Jest to określone w następującej wzorze:

Q_v = N ∙ c_v  ∙ ∆t

Aby obliczyć dostarczone ciepło, najpierw konieczne jest obliczenie moli gazu zawartych w pojemniku. W tym celu należy uciekać się do równania gazów idealnych:

P ∙ v = n ∙ r ∙ t

W tym równaniu n jest liczba moli, r jest stałą, której wartość wynosi 8,31 j/mol · k, t jest temperaturą, p jest ciśnieniem, do którego gaz mierzony w atmosferze i T jest poddawany, a T jest mierzoną temperaturą W Kelvin.

Jest wyczyszczony i uzyskany:

n = r ∙ t/ (p ∙ v) = 0, 39 moli

Aby:

∆ u = q_V  = N ∙ c_v  ∙ ∆T = 0,39 ∙ 2,5 ∙ 8,31 ∙ 26 = 210,65 J