Изохорични формулации и анализ, дневни примери



а Изохоричен процес всичко това е термодинамичен процес, при който обемът остава постоянен. Тези процеси често се наричат ​​също изометрични или изоволумични. Като цяло термодинамичният процес може да се осъществи при постоянно налягане и след това се нарича изобарен.

Когато се случи при постоянна температура, в този случай се казва, че е изотермичен процес. Ако няма обмен на топлина между системата и околната среда, ние говорим за адиабатика. От друга страна, когато има постоянен обем, генерираният процес се нарича изохоричен.

В случая на изохоричния процес може да се потвърди, че при тези процеси работата на налягането и обема е нула, тъй като това е резултат от умножаване на налягането с увеличаване на обема.

В допълнение, в термодинамичната диаграма на налягането и обема изохоричните процеси са представени под формата на вертикална права линия.

индекс

  • 1 Формули и изчисления
    • 1.1 Първият принцип на термодинамиката
  • 2 Ежедневни примери
    • 2.1 Идеалният цикъл на Ото
  • 3 Практически примери
    • 3.1 Първи пример
    • 3.2 Втори пример
  • 4 Препратки

Формули и изчисления

Първият принцип на термодинамиката

В термодинамиката работата се изчислява като се започне от следния израз:

W = P V ΔV

В този израз W е работата, измерена в джаули, P налягането, измерено в Нютон на квадратен метър, и ΔV е изменението или увеличението на обема, измерено в кубични метри.

По същия начин, известният като първи принцип на термодинамиката гласи:

Δ U = Q - W

В споменатата формула W е работата, извършена от системата или от системата, Q е топлината, получена или емитирана от системата, и U това е вътрешната енергийна вариация на системата. По този повод трите величини се измерват в джоули.

Тъй като в един изохоричен процес работата е нула, следва, че:

Δ U = QV    (тъй като ΔV = 0 и следователно W = 0)

Това означава, че вътрешната енергийна вариация на системата се дължи единствено на обмена на топлина между системата и околната среда. В този случай предаваната топлина се нарича топлина при постоянен обем.

Топлинният капацитет на тялото или системата е резултат от разделянето на количеството енергия под формата на топлина, прехвърлена към тяло или система, в даден процес, и температурната промяна, която се получава.

Когато процесът се извършва при постоянен обем, топлинният капацитет се говори при постоянен обем и се обозначава с СV (моларен топлинен капацитет).

То ще бъде изпълнено в този случай:

QV = n = СV  ΔT

В тази ситуация n е броят на моловете, CV е гореспоменатият моларен топлинен капацитет при постоянен обем и Т е повишаването на температурата, изпитвано от тялото или системата.

Ежедневни примери

Лесно е да си представим един изохоричен процес, необходимо е само да се мисли за процес, който протича при постоянен обем; т.е. контейнерът, съдържащ материята или материалната система, не се променя по обем.

Един пример може да бъде случаят с (идеален) газ, затворен в затворен контейнер, чийто обем не може да се променя с никакви средства, до които се доставя топлина. Да приемем случая на газ, затворен в бутилка.

Чрез прехвърляне на топлина към газа, както вече беше обяснено, ще се стигне до увеличаване или увеличаване на вътрешната му енергия.

Обратният процес ще бъде този на газ, затворен в контейнер, чийто обем не може да бъде модифициран. Ако газът се охлажда и отделя топлина на околната среда, тогава налягането на газа ще бъде намалено и стойността на вътрешната енергия на газа ще намалее..

Идеалният цикъл на Ото

Цикълът Ото е идеален случай на цикъла, използван от бензиновите двигатели. Първоначалната му употреба обаче е в машини, които използват природен газ или други горива в газообразно състояние.

Във всеки случай идеалният цикъл на Ото е интересен пример за изохоричен процес. Това се случва, когато горенето на сместа от бензин и въздух се осъществява незабавно в двигател с вътрешно горене..

В този случай се увеличава температурата и налягането на газа вътре в цилиндъра, като обемът остава постоянен.

Практически примери

Първи пример

Даден (идеален) газ, затворен в цилиндър с бутало, показва дали следните случаи са примери за изохорни процеси.

- Работата по 500 J се извършва върху газа.

В този случай това не би било изохоричен процес, защото за извършване на работа върху газа е необходимо да се компресира и следователно да се промени неговият обем.

- Газът се разширява чрез хоризонтално изместване на буталото.

Отново, това не би било изохоричен процес, като се има предвид, че разширяването на газа предполага изменение на неговия обем.

- Буталото на цилиндъра е фиксирано така, че не може да бъде изместено и газът се охлажда.

В този случай това би било изохоричен процес, тъй като няма да има вариация на обема.

Втори пример

Определете вариацията на вътрешната енергия, която ще бъде преживяна от газ, съдържащ се в контейнер с обем от 10 L, подложен на налягане от 1 atm, ако температурата му се повиши от 34 ° C до 60 ° C в изохорен процес, известен с неговата специфична моларна топлина CV = 2,5 ·R (като R = 8.31 J / mol · K).

Тъй като това е процес с постоянен обем, промяната на вътрешната енергия ще възникне единствено като следствие от топлината, подадена към газа. Това се определя по следната формула:

QV = n = СV  ΔT

За да се изчисли доставената топлина, първо е необходимо да се изчислят моловете газ, съдържащи се в контейнера. За това е необходимо да се прибегне до уравнението на идеалните газове:

P = V = n ∙ R ∙ T

В това уравнение n е броят на моловете, R е константа, чиято стойност е 8.31 J / mol · K, T е температурата, P е налягането, на което е подложен измереният в атмосферата газ и T е температурата измерено в Келвин.

Изчистете и ще получите:

n = R 'T / (P' V) = 0, 39 мола

Така че:

Δ U = QV  = n = СV  T T = 0.39 ∙ 2.5 1 8.31 = 26 = 210.65 J

препратки

  1. Resnik, Halliday & Krane (2002). Физика том 1. Cecsa.
  2. Laider, Keith, J. (1993). Oxford University Press, изд. Светът на физическата химия.
  3. Топлинна мощност. (Н.О.). В Уикипедия. Възстановено на 28 март 2018 г. от en.wikipedia.org.
  4. Латентна топлина (Н.О.). В Уикипедия. Възстановено на 28 март 2018 г. от en.wikipedia.org.
  5. Изохоричен процес. (Н.О.). В Уикипедия. Възстановено на 28 март 2018 г. от en.wikipedia.org.