Vzorce isochorického procesu a počet, denní příklady

A Isochoric proces je to celý termodynamický proces, ve kterém objem zůstává konstantní. Tyto procesy se také často nazývají izometrické nebo isovolumické. Obecně může termodynamický proces probíhat při konstantním tlaku a pak se nazývá izobarický.

Když nastane při konstantní teplotě, v tomto případě se říká, že je to izotermický proces. Pokud neexistuje výměna tepla mezi systémem a prostředím, pak hovoříme o adiabatice. Na druhé straně, když je konstantní objem, generovaný proces se nazývá izochorický.

V případě izochorického procesu lze potvrdit, že v těchto procesech je práce s tlakovým objemem nulová, protože to vyplývá z násobení tlaku zvýšením objemu..

Kromě toho jsou v termodynamickém diagramu tlaku a objemu znázorněny izochorické procesy ve formě svislé přímky.

Index

• 1 Vzorce a výpočet
  • 1.1 První princip termodynamiky
• 2 Denní příklady
  • 2.1 Ideální cyklus Otto
• 3 Praktické příklady
  • 3.1 První příklad
  • 3.2 Druhý příklad
• 4 Odkazy

Vzorce a výpočet

První princip termodynamiky

V termodynamice se práce počítá od následujícího výrazu:

W = P ∙ V

V tomto výrazu W je práce měřená v Joulech, P tlak měřený v Newtonu na metr čtvereční, a AV je variace nebo zvýšení objemu měřené v metrech krychlových.

Podobně ten, který je znám jako první princip termodynamiky, uvádí, že:

Δ U = Q - W

V uvedeném vzorci W je práce prováděná systémem nebo systémem, Q je teplo přijaté nebo emitované systémem a A U je to vnitřní energetická změna systému. Při této příležitosti jsou tři veličiny měřeny v Joulech.

Vzhledem k tomu, že v isochorickém procesu je práce nulová, znamená to, že:

A U = Q_V    (protože ΔV = 0, a proto W = 0)

To znamená, že vnitřní energetická změna systému je dána pouze výměnou tepla mezi systémem a prostředím. V tomto případě se přenášené teplo nazývá teplo při konstantním objemu.

Tepelná kapacita tělesa nebo systému vyplývá z dělení množství energie ve formě tepla přenášeného na těleso nebo systém v daném procesu a na změnu teploty, kterou zažívá..

Když se proces provádí při konstantním objemu, tepelná kapacita se mluví při konstantním objemu a označuje se jako C_v (molární tepelná kapacita).

V tomto případě bude splněno:

Q_v = n ∙ C_v  ∙TT

V této situaci n je počet molů, C_v je výše zmíněná molární tepelná kapacita při konstantním objemu a AT je zvýšení teploty, ke kterému dochází u tělesa nebo systému.

Denní příklady

Je snadné si představit isochorický proces, je pouze nutné myslet na proces, který se vyskytuje při konstantním objemu; to znamená, že nádoba obsahující materiál nebo systém materiálu se nemění v objemu.

Příkladem může být případ (ideálního) plynu uzavřeného v uzavřené nádobě, jejíž objem nelze měnit žádnými prostředky, kterým je teplo dodáváno. Předpokládejme případ plynu uzavřeného v láhvi.

Přenesením tepla do plynu, jak již bylo vysvětleno, skončí zvýšení nebo zvýšení jeho vnitřní energie.

Opačným postupem by byl plyn uzavřený v nádobě, jejíž objem nelze měnit. Pokud plyn ochlazuje a vydává teplo do okolního prostředí, tlak plynu by se snížil a hodnota vnitřní energie plynu by se snížila..

Ideální cyklus Otto

Otto cyklus je ideálním případem cyklu používaného benzínovými motory. Jeho počáteční použití však bylo ve strojích, které používaly zemní plyn nebo jiná paliva v plynném stavu.

Ottoův ideální cyklus je v každém případě zajímavým příkladem izochorického procesu. To nastane, když spalování směsi benzínu a vzduchu se koná okamžitě ve spalovacím motoru..

V tomto případě dochází ke zvýšení teploty a tlaku plynu uvnitř válce, přičemž objem zůstává konstantní.

Praktické příklady

První příklad

Vzhledem k tomu (ideální) plyn uzavřený ve válci s pístem uveďte, zda jsou následující případy příklady izochorických procesů.

- Na plynu se provádí práce 500 J.

V tomto případě by se nejednalo o izochorický proces, protože k provedení práce na plynu je nutné jej stlačit, a proto změnit jeho objem.

- Plyn se rozpíná vodorovným posunem pístu.

Opět by to nebyl izochorický proces vzhledem k tomu, že expanze plynu znamená změnu jeho objemu.

- Píst válce je upevněn tak, že nemůže být přemístěn a plyn je chlazen.

Při této příležitosti by se jednalo o izochorický proces, protože by nedošlo ke změně objemu.

Druhý příklad

Určete změnu vnitřní energie, kterou bude mít plyn obsažený v nádobě o objemu 10 l, vystavené tlaku 1 atm, pokud se její teplota zvýší z 34 ° C na 60 ° C v isochorickém procesu, který je znám svým specifickým molárním teplem. C_v = 2,5 ·R (bytí R = 8,31 J / mol · K).

Vzhledem k tomu, že se jedná o proces s konstantním objemem, změna vnitřní energie nastane pouze v důsledku tepla dodávaného do plynu. Toto je určeno následujícím vzorcem:

Q_v = n ∙ C_v  ∙TT

Pro výpočet dodávaného tepla je nejprve nutné vypočítat moly plynu obsažené v nádobě. K tomu je nutné uchýlit se k rovnici ideálních plynů:

P ∙ V = n ∙ R ∙ T

V této rovnici n je počet mol, R je konstanta, jejíž hodnota je 8,31 J / mol · K, T je teplota, P je tlak, kterému je plyn měřený v atmosféře vystaven, a T je teplota. měřeno v Kelvinech.

Vymazat n a dostanete:

n = R'T / (P'V) = 0, 39 mol

Takže:

A U = Q_V  = n ∙ C_v  T AT = 0,39 ∙ 2,5 ∙ 8,31 ∙ 26 = 210,65 J

Odkazy

1. Resnik, Halliday & Krane (2002). Fyzikální svazek 1. Cecsa.
2. Laider, Keith, J. (1993). Oxford University Press, ed. Svět fyzikální chemie.
3. Tepelná kapacita. (n.d.). Ve Wikipedii. Získáno 28. března 2018, z en.wikipedia.org.
4. Latentní teplo (n.d.). Ve Wikipedii. Získáno 28. března 2018, z en.wikipedia.org.
5. Isochoric proces. (n.d.). Ve Wikipedii. Získáno 28. března 2018, z en.wikipedia.org.