Izokorinis procesas: formulės ir skaičiavimas, dienos pavyzdžiai

Izokorinis procesas yra bet koks termodinaminis procesas, kuriame tūris išlieka pastovus. Šie procesai dažnai vadinami izometriniais arba izovoluminiais. Apskritai termodinaminis procesas gali vykti esant pastoviam slėgiui ir tada vadinamas izobariniu.

Kai jis atsiranda pastovioje temperatūroje, tuo atveju jis yra izoterminis procesas. Jei nėra šilumos mainų tarp sistemos ir aplinkos, mes kalbame apie adiabatiką. Kita vertus, kai yra pastovus tūris, generuojamas procesas vadinamas izocoriumi.

Izoforinio proceso atveju galima patvirtinti, kad šiuose procesuose slėgio tūrio darbas yra nulinis, nes tai lemia slėgio padauginimą iš padidėjusio tūrio.

Be to, termodinaminiame slėgio tūrio diagramoje izokoriniai procesai yra pavaizduoti vertikalios tiesios linijos pavidalu.

Formulės ir skaičiavimas

Pirmasis termodinamikos principas

Termodinamikoje darbas apskaičiuojamas pradedant tokia išraiška:

W = P Δ Δ V

Šioje išraiška W yra darbas, išmatuotas Džauliais, P slėgiu, išmatuotu Niutone vienam kvadratiniam metrui, ir ΔV - tūris, išmatuotas kubiniais metrais.

Taip pat, žinomas kaip pirmasis termodinamikos principas, teigiama, kad:

Δ U = Q - W

Šioje formulėje W yra sistemos arba sistemos atliekamas darbas, Q yra sistemos gaunama arba išleidžiama šiluma, o ΔU - sistemos vidinis energijos variacija. Tokiu atveju trys dydžiai matuojami džoulais.

Kadangi izokoriniame procese darbas yra nulinis, paaiškėja, kad tiesa, kad:

Δ U = Q V (nuo ΔV = 0, todėl W = 0)

Tai reiškia, kad vidinis sistemos energijos kitimas priklauso tik nuo šilumos mainų tarp sistemos ir aplinkos. Tokiu atveju perduodama šiluma vadinama šiluma pastoviu tūriu.

Kūno ar sistemos šiluminis pajėgumas priklauso nuo energijos kiekio dalijimo šiluma, perduodama į kūną ar sistemą tam tikrame procese ir temperatūros pokyčiuose, kuriuos jis patiria.

Kai procesas atliekamas pastoviu tūriu, šiluminė galia kalbama pastoviu tūriu ir žymima C v (molinė šiluminė galia).

Tokiu atveju jis bus įvykdytas:

Q v = n ∙ C v ∙ ΔT

Esant tokiai situacijai, n yra molių skaičius, C v yra minėtas molinis šiluminis pajėgumas pastoviu tūriu ir ΔT yra kūno ar sistemos temperatūros padidėjimas.

Dienos pavyzdžiai

Lengva įsivaizduoti izokorinį procesą, reikia tik galvoti apie procesą, kuris vyksta pastoviu tūriu; tai yra, kai konteineris, kuriame yra medžiagų medžiaga ar sistema, nesikeičia tūrio.

Pavyzdžiui, gali būti dujų (idealus), uždarytos uždaroje talpykloje, kurio tūris negali būti keičiamas jokiomis priemonėmis, kuriomis tiekiama šiluma, atveju. Tarkime, kad dujos yra uždarytos į butelį.

Perkėlus šilumą į dujas, kaip jau buvo paaiškinta, jis padidės arba padidės vidinė energija.

Atvirkštinis procesas būtų dujų, uždėtų į konteinerį, kurio tūris negali būti keičiamas, procesas. Jei dujos atvėsina ir duoda šilumą aplinkai, tuomet dujų slėgis sumažės ir sumažės dujų vidinės energijos vertė.

„Otto“ idealus ciklas

„Otto“ ciklas yra idealus benzino variklių ciklo atvejis. Tačiau jo pradinis panaudojimas buvo mašinose, kuriose gamtinės dujos arba kiti degalai buvo naudojami dujinėje būsenoje.

Bet kokiu atveju, idealus Otto ciklas yra įdomus izokorinio proceso pavyzdys. Tai įvyksta, kai benzino ir oro mišinio degimas vyksta akimirksniu vidaus degimo variklyje.

Tokiu atveju temperatūros padidėjimas ir dujų slėgis cilindro viduje vyksta, tūris išlieka pastovus.

Praktiniai pavyzdžiai

Pirmasis pavyzdys

Nurodant (idealus) dujas, esančias cilindre su stūmokliu, nurodykite, ar šie atvejai yra izokorinių procesų pavyzdžiai.

- Dujomis atliekamas 500 J darbas.

Šiuo atveju tai nebūtų izocorinis procesas, nes darbui su dujomis atlikti reikia suspausti, todėl pakeisti jo tūrį.

- Dujos plečiasi horizontaliai pastumiant stūmoklį.

Vėlgi, tai nebūtų izokorinis procesas, nes dujų plėtra reiškia jo tūrio kitimą.

- Cilindro stūmoklis yra pritvirtintas taip, kad jo nebūtų galima išstumti ir dujos būtų atšaldomos.

Tokiu atveju tai būtų izokorinis procesas, nes nebūtų apimties kitimo.

Antrasis pavyzdys

Nustatykite vidinį energijos pokytį, kurį dujų, esančių talpykloje, kurios tūris yra 10 l, slėgis 1 atm, patiria, jei jo temperatūra pakyla nuo 34 ° C iki 60 ° C izokoriniame procese, žinoma jo molinė savitoji šiluma C v. = 2, 5 · R (kur R = 8, 31 J / mol · K).

Kadangi tai yra pastovaus tūrio procesas, vidinis energijos pokytis atsiras tik dėl to, kad į dujas tiekiama šiluma. Tai nustatoma pagal šią formulę:

Q v = n ∙ C v ∙ ΔT

Norint apskaičiuoti tiekiamą šilumą, pirmiausia reikia apskaičiuoti talpoje esančių dujų molius. Dėl to būtina pasinaudoti idealių dujų lygtimi:

P ∙ V = n ∙ R ∙ T

Šioje lygtyje n yra molų skaičius, R yra konstanta, kurios reikšmė yra 8, 31 J / mol · K, T yra temperatūra, P - slėgis, kuriam atmosferoje matuojama dujos, ir T yra temperatūra matuojama Kelvinu.

Išvalykite n ir gausite:

n = R ∙ T / (P ∙ V) = 0, 39 mol

Taigi, kad:

Δ U = Q V = n ∙ C v ∙ ΔT = 0, 39 ∙ 2, 5 ∙ 8, 31 ∙ 26 = 210, 65 J