Isochorische procesformules en calculus, dagelijkse voorbeelden



een Isochorisch proces het is allemaal een thermodynamisch proces waarbij het volume constant blijft. Deze processen worden vaak ook isometrisch of isovolumisch genoemd. In het algemeen kan een thermodynamisch proces plaatsvinden bij constante druk en wordt dan isobaar genoemd.

Wanneer het optreedt bij een constante temperatuur, wordt er in dat geval van gezegd dat het een isotherm proces is. Als er geen warmte-uitwisseling is tussen het systeem en de omgeving, dan praten we over adiabatics. Aan de andere kant, als er een constant volume is, wordt het gegenereerde proces isochoor genoemd.

In het geval van het isochore proces kan worden bevestigd dat in deze processen het drukvolume-werk nul is, omdat dit het gevolg is van het vermenigvuldigen van de druk met de volumetoename.

Bovendien worden in een thermodynamisch drukvolumediagram de isochore processen weergegeven in de vorm van een verticale rechte lijn.

index

  • 1 Formules en berekening
    • 1.1 Het eerste principe van thermodynamica
  • 2 dagelijkse voorbeelden
    • 2.1 De ideale Otto-cyclus
  • 3 Praktische voorbeelden
    • 3.1 Eerste voorbeeld
    • 3.2 Tweede voorbeeld
  • 4 Referenties

Formules en berekening

Het eerste principe van de thermodynamica

In de thermodynamica wordt het werk berekend uitgaande van de volgende uitdrukking:

W = P ∙ Δ V

In deze uitdrukking is W het werk gemeten in Joules, P de druk gemeten in Newton per vierkante meter, en AV de variatie of toename in volume gemeten in kubieke meter.

Evenzo stelt degene die bekend staat als het eerste principe van de thermodynamica dat:

Δ U = Q - W

In genoemde formule W is het werk gedaan door het systeem of op het systeem, Q is de warmte ontvangen of uitgezonden door het systeem, en Δ U het is de interne energievariatie van het systeem. Bij deze gelegenheid worden de drie magnitudes gemeten in Joule.

Omdat in een isochoor proces het werk nul is, volgt hieruit:

Δ U = QV    (aangezien, AV = 0, en daarom W = 0)

Dat wil zeggen, de interne energievariatie van het systeem is uitsluitend te wijten aan de uitwisseling van warmte tussen het systeem en de omgeving. In dit geval wordt de warmte die wordt overgedragen, warmte genoemd bij een constant volume.

De warmtecapaciteit van een lichaam of systeem resulteert uit het delen van de hoeveelheid energie in de vorm van warmte die in een bepaald proces is overgebracht naar een lichaam of systeem en de temperatuurverandering die hierdoor wordt ondervonden..

Wanneer het proces met een constant volume wordt uitgevoerd, wordt de warmtecapaciteit bij een constant volume uitgesproken en aangegeven met Cv (molaire warmtecapaciteit).

In dat geval wordt voldaan:

Qv = n ∙ Cv  ∙ ΔT

In deze situatie is n het aantal moedervlekken, Cv is de bovengenoemde molaire warmtecapaciteit bij een constant volume en AT de temperatuurstijging die door het lichaam of systeem wordt ervaren.

Dagelijkse voorbeelden

Je kunt je een isochoor proces gemakkelijk voorstellen, het is alleen nodig om een ​​proces te bedenken dat zich voordoet bij een constant volume; dat wil zeggen, waarin de container die de materie of het materiaalsysteem bevat niet in volume verandert.

Een voorbeeld kan het geval zijn van een (ideaal) gas dat is ingesloten in een gesloten houder waarvan het volume niet kan worden gewijzigd op enigerlei wijze waaraan warmte wordt toegevoerd. Neem het geval van een gas dat is ingesloten in een fles.

Door warmte naar het gas over te brengen, zoals al is uitgelegd, zal dit uiteindelijk resulteren in een toename of toename van zijn interne energie.

Het omgekeerde proces is dat van een gas dat is ingesloten in een houder waarvan het volume niet kan worden gewijzigd. Als het gas afkoelt en warmte afgeeft aan de omgeving, wordt de gasdruk verlaagd en neemt de waarde van de interne energie van het gas af..

De ideale Otto-cyclus

De Otto-cyclus is een ideaal geval van de cyclus die wordt gebruikt door benzinemotoren. Het oorspronkelijke gebruik was echter in machines die aardgas of andere brandstoffen in een gasvormige toestand gebruikten.

Otto's ideale cyclus is in ieder geval een interessant voorbeeld van een isochoor proces. Het treedt op wanneer de verbranding van het mengsel van benzine en lucht onmiddellijk plaatsvindt in een verbrandingsmotor..

In dit geval vindt een verhoging van de temperatuur en de druk van het gas in de cilinder plaats, waarbij het volume constant blijft.

Praktische voorbeelden

Eerste voorbeeld

Gegeven een (ideaal) gas ingesloten in een cilinder met een zuiger, geeft u aan of de volgende gevallen voorbeelden zijn van isochore processen.

- Een 500 J werk wordt gedaan op het gas.

In dit geval zou het geen isochoor proces zijn, omdat om een ​​werk op het gas uit te voeren het nodig is om het te comprimeren en daarom zijn volume te veranderen.

- Het gas zet uit door de zuiger horizontaal te verplaatsen.

Nogmaals, het zou geen isochoor proces zijn, gezien het feit dat de gasuitbreiding een variatie van het volume impliceert.

- De zuiger van de cilinder is gefixeerd zodat deze niet kan worden verplaatst en het gas wordt gekoeld.

Bij deze gelegenheid zou het een isochoor proces zijn, omdat er geen volumevariatie zou zijn.

Tweede voorbeeld

Bepaal de variatie van interne energie die een gas in een container met een volume van 10 liter dat wordt onderworpen aan 1 atm druk ondervindt, als de temperatuur stijgt van 34ºC tot 60ºC in een isochore proces, bekend zijn specifieke molaire warmte Cv = 2,5 ·R (zijnde R = 8,31 J / mol · K).

Omdat het een constantvolumeproces is, zal de variatie van interne energie alleen optreden als gevolg van de warmte die aan het gas wordt toegevoerd. Dit wordt bepaald met de volgende formule:

Qv = n ∙ Cv  ∙ ΔT

Om de toegevoerde warmte te berekenen, moet eerst het aantal mol gas in de container worden berekend. Hiervoor is het noodzakelijk om terug te grijpen naar de vergelijking van de ideale gassen:

P ∙ V = n ∙ R ∙ T

In deze vergelijking is n het aantal mol, R een constante waarvan de waarde 8,31 J / mol · K is, T de temperatuur, P de druk waaraan het in atmosferen gemeten gas wordt onderworpen en T de temperatuur is gemeten in Kelvin.

Wis n en je krijgt:

n = R ∙ T / (P ∙ V) = 0, 39 mol

Dus dat:

Δ U = QV  = n ∙ Cv  ∙ ΔT = 0.39 ∙ 2.5 ∙ 8.31 ∙ 26 = 210.65 J

referenties

  1. Resnik, Halliday & Krane (2002). Natuurkunde Volume 1. Cecsa.
  2. Laider, Keith, J. (1993). Oxford University Press, ed. De wereld van de fysische chemie.
  3. Warmtecapaciteit. (N.D.). In Wikipedia. Opgehaald op 28 maart 2018, via en.wikipedia.org.
  4. Latente warmte (N.D.). In Wikipedia. Opgehaald op 28 maart 2018, via en.wikipedia.org.
  5. Isochorisch proces. (N.D.). In Wikipedia. Opgehaald op 28 maart 2018, via en.wikipedia.org.