Isochoric Process Formulas és Calculus, Daily példák

egy Izokorikus folyamat minden termodinamikai folyamat, amelyben a térfogat állandó marad. Ezeket a folyamatokat gyakran izometrikusnak vagy izovolumikusnak is nevezik. Általánosságban elmondható, hogy a termodinamikai folyamat állandó nyomáson fordulhat elő, majd izobarikusnak hívják.

Ha állandó hőmérsékleten fordul elő, abban az esetben azt mondják, hogy izotermikus folyamat. Ha nincs hőcsere a rendszer és a környezet között, akkor adiabatikáról beszélünk. Másrészt, ha állandó térfogat van, akkor az előállított folyamatot izokorikusnak nevezik.

Az izokorikus folyamat esetében meg lehet erősíteni, hogy ezekben a folyamatokban a nyomás-térfogat-munka nulla, mivel ez a nyomásnak a térfogatnövekedéssel való szorzásából ered..

Ezen túlmenően, egy termodinamikai nyomás-térfogat diagramban az izokorikus folyamatokat egy függőleges egyenes formájában ábrázoltuk.

index

• 1 képletek és számítás
  • 1.1 A termodinamika első elve
• 2 Napi példák
  • 2.1 Az Otto ideális ciklusa
• 3 Gyakorlati példák
  • 3.1 Az első példa
  • 3.2 Második példa
• 4 Referenciák

Képletek és számítás

A termodinamika első elve

A termodinamikában a munkát a következő kifejezésből számítják ki:

W = P ∙ Δ V

Ebben a kifejezésben W a joulokban mért munka, P a Newtonban négyzetméterenként mért nyomás, és ΔV a köbméterben mért térfogat változása vagy növekedése..

Hasonlóképpen, a termodinamika első elve néven ismert:

Δ U = Q - W

A képletben W a rendszer vagy a rendszer által végzett munka, Q a rendszer által kapott vagy kibocsátott hő, és Δ U ez a rendszer belső energia variációja. Ebben az esetben a három nagyságot Joules-ban mértük.

Mivel az izokorikus folyamatban a munka nulla, az következik, hogy:

Δ U = Q_V    (mivel ΔV = 0, és ezért W = 0)

Ez azt jelenti, hogy a rendszer belső energiaváltozása kizárólag a rendszer és a környezet közötti hőcserélésnek köszönhető. Ebben az esetben az átadott hőt állandó térfogatú hőnek nevezzük.

A test vagy rendszer hőteljesítménye egy adott folyamatban a testre vagy rendszerre átvitt hőmennyiségnek az adott folyamatban való elosztásával és az általa tapasztalt hőmérsékletváltozással oszlik meg..

Amikor az eljárást állandó térfogatban hajtjuk végre, a hőteljesítményt állandó térfogatban beszéljük, és C-vel jelöljük_v (moláris hőteljesítmény).

Ez abban az esetben teljesül:

Q_v = n ∙ C_v  ∙ ΔT

Ebben az esetben n a mólok száma, C_v a fent említett moláris hőteljesítmény állandó térfogatban és ΔT a test vagy rendszer hőmérséklet-emelkedése.

Napi példák

Könnyű elképzelni egy izokorikus folyamatot, csak egy olyan folyamatra van szükség, amely állandó térfogatban történik; vagyis ahol az anyagot vagy anyagrendszert tartalmazó tartály térfogata nem változik.

Egy példa lehet egy (ideális) gáz zárt tartályban való elhelyezése, amelynek térfogata nem változtatható meg olyan eszközzel, amelyhez a hőt szállítják. Tegyük fel, hogy egy üveg egy üvegben van.

A hőnek a gázra történő átvitelével, amint azt már kifejtettük, a belső energia növekedését vagy növekedését eredményezi.

A fordított folyamat olyan tartály, amely egy tartályba van behelyezve, amelynek térfogata nem módosítható. Ha a gáz lehűl és hőt ad a környezetnek, akkor a gáznyomás csökken, és csökken a gáz belső energiája..

Az Otto ideális ciklusa

Az Otto ciklus a benzinmotorok által használt ciklus ideális esete. A kezdeti felhasználás azonban olyan gépeken volt, amelyek földgázt vagy más tüzelőanyagot használnak gázállapotban.

Mindenesetre Otto ideális ciklusa érdekes példa az izokorikus folyamatra. Ez akkor fordul elő, amikor a benzin és a levegő keverékének égése azonnal egy belső égésű motorban történik..

Ebben az esetben a henger hőmérséklete és a gáz nyomása növekszik, a térfogat állandó marad.

Gyakorlati példák

Első példa

A dugattyúval ellátott hengerben (ideális) gáz jelzi, hogy az alábbi esetek példák az izokorikus folyamatokra.

- 500 J munkát végeznek a gázon.

Ebben az esetben nem lenne izokorikus folyamat, mert a gázzal végzett munka elvégzéséhez szükség van a tömörítésére, és ezért változtatni a térfogatára..

- A gáz a dugattyú vízszintes elmozdulásával bővül.

Ismét nem lenne izokorikus folyamat, mivel a gázbővítés magában foglalja a térfogat változását.

- A henger dugattyúja úgy van rögzítve, hogy ne lehessen elmozdulni, és a gázt lehűtjük.

Ebben az alkalomban izokorikus folyamat lenne, mivel nem lenne volumenváltozás.

Második példa

Határozzuk meg a belső energia olyan változását, amelyet a 10 literes térfogatú tartályban lévő gáz 1 kilométeres nyomáson ér el, ha a hőmérséklet 34 ° C-ról 60ºC-ra emelkedik izokorikus eljárásban, ismert a specifikus moláris hő. C_v = 2,5 ·R (lévén R = 8,31 J / mol K).

Mivel állandó térfogatú folyamat, a belső energia változása csak a gázhoz szállított hő következtében következik be. Ezt a következő képlettel határozzuk meg:

Q_v = n ∙ C_v  ∙ ΔT

A szállított hő kiszámításához először ki kell számítani a tartályban lévő gáz mólját. Ehhez az ideális gázok egyenletét kell alkalmazni:

P ∙ V = n ∙ R ∙ T

Ebben az egyenletben n a mólok száma, R egy olyan konstans, amelynek értéke 8,31 J / mol · K, T a hőmérséklet, P a nyomás, amelyre a gáz atmoszférában mért, és T a hőmérséklet Kelvinben mérve.

Távolítson el n, és kap:

n = R ∙ T / (P ∙ V) = 0, 39 mol

Tehát:

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

referenciák

1. Resnik, Halliday & Krane (2002). Fizika 1. kötet. Cecsa.
2. Laider, Keith, J. (1993). Oxford University Press, szerk. A fizikai kémia világa.
3. Hőteljesítmény. (N.d.). Wikipédiában. 2018 március 28-án, az en.wikipedia.org-ról származik.
4. A látens hő (N.d.). Wikipédiában. 2018 március 28-án, az en.wikipedia.org-ról származik.
5. Isokhorikus folyamat. (N.d.). Wikipédiában. 2018 március 28-án, az en.wikipedia.org-ról származik.