Vzorce izochorického procesu a kalkul, denné príklady



 Isochoric proces je to celý termodynamický proces, v ktorom objem zostáva konštantný. Tieto procesy sa často nazývajú izometrické alebo izovolumické. Všeobecne platí, že termodynamický proces môže nastať pri konštantnom tlaku a potom sa nazýva izobarický.

Keď nastane pri konštantnej teplote, v tomto prípade sa hovorí, že ide o izotermický proces. Ak neexistuje výmena tepla medzi systémom a prostredím, potom hovoríme o adiabatike. Na druhej strane, keď je konštantný objem, generovaný proces sa nazýva izochorický.

V prípade izochorického procesu je možné potvrdiť, že v týchto procesoch je práca s tlakovým objemom nulová, pretože to vyplýva z násobenia tlaku zvýšením objemu..

Okrem toho v termodynamickom tlakovo-objemovom diagrame sú izochorické procesy znázornené vo forme vertikálnej priamky.

index

  • 1 Vzorce a výpočet
    • 1.1 Prvý princíp termodynamiky
  • 2 Denné príklady
    • 2.1 Ideálny cyklus Otta
  • 3 Praktické príklady
    • 3.1 Prvý príklad
    • 3.2 Druhý príklad
  • 4 Odkazy

Vzorce a výpočet

Prvý princíp termodynamiky

V termodynamike sa práca počíta od nasledujúceho výrazu:

W = P ∙ V

V tomto výraze W je práca nameraná v Jouloch, P tlak meraný v Newtonoch na meter štvorcový a AV je zmena alebo nárast objemu meraný v metroch kubických.

Podobne ten, ktorý je známy ako prvý princíp termodynamiky, uvádza, že:

A U = Q - W

V uvedenom vzorci W je práca vykonaná systémom alebo systémom, Q je teplo prijaté alebo emitované systémom a A U je to vnútorná energetická zmena systému. Pri tejto príležitosti sa tri veličiny merajú v Jouloch.

Keďže v izochorickom procese je práca nulová, z toho vyplýva, že:

A U = QV    (keďže ΔV = 0, a preto W = 0)

To znamená, že vnútorná energetická zmena systému je spôsobená výlučne výmenou tepla medzi systémom a prostredím. Prenášané teplo sa v tomto prípade nazýva teplo pri konštantnom objeme.

Tepelná kapacita telesa alebo systému vyplýva z rozdelenia množstva energie vo forme tepla prenášaného do telesa alebo systému v danom procese a teplotnej zmeny, ktorú zažíva..

Keď sa proces uskutočňuje pri konštantnom objeme, tepelná kapacita sa hovorí pri konštantnom objeme a označuje sa ako Cproti (molárna tepelná kapacita).

V tomto prípade sa splní:

Qproti = n ∙ Cproti  TTT

V tejto situácii n je počet mol, Cproti je vyššie spomínaná molárna tepelná kapacita pri konštantnom objeme a AT je zvýšenie teploty, ktoré má telo alebo systém.

Denné príklady

Je ľahké si predstaviť izochorický proces, je len potrebné myslieť na proces, ktorý sa vyskytuje pri konštantnom objeme; to znamená, že nádoba obsahujúca materiál alebo systém materiálu nemení objem.

Príkladom môže byť prípad (ideálneho) plynu uzavretého v uzavretej nádobe, ktorej objem nie je možné meniť žiadnymi prostriedkami, ktorými sa teplo dodáva. Predpokladajme, že ide o plyn uzavretý vo fľaši.

Prenášaním tepla do plynu, ako už bolo vysvetlené, skončí zvýšenie alebo zvýšenie jeho vnútornej energie.

Opačným procesom by bol plyn uzavretý v nádobe, ktorej objem nie je možné modifikovať. Ak plyn ochladzuje a uvoľňuje teplo do okolitého prostredia, potom by sa znížil tlak plynu a znížila by sa hodnota vnútornej energie plynu..

Ideálny cyklus Otta

Otto cyklus je ideálnym prípadom cyklu používaného benzínovými motormi. Jeho prvé použitie však bolo v strojoch, ktoré používali zemný plyn alebo iné palivá v plynnom stave.

V každom prípade je Otto ideálny cyklus zaujímavým príkladom izochorického procesu. Vyskytuje sa vtedy, keď spaľovanie zmesi benzínu a vzduchu prebieha okamžite v spaľovacom motore..

V tomto prípade dochádza k zvýšeniu teploty a tlaku plynu vo valci, pričom objem zostáva konštantný.

Praktické príklady

Prvý príklad

Vzhľadom na (ideálny) plyn uzavretý vo valci s piestom uveďte, či sú tieto prípady príkladmi izochorických procesov.

- Na plyne sa vykonáva 500 J práca.

V tomto prípade by nejde o izochorický proces, pretože na vykonanie práce na plyne je potrebné ho stlačiť, a teda zmeniť jeho objem..

- Plyn sa rozpína ​​horizontálnym premiestňovaním piestu.

Opäť by to nebol izochorický proces vzhľadom na to, že expanzia plynu znamená zmenu jeho objemu.

- Piest valca je upevnený tak, že nemôže byť premiestnený a plyn je ochladený.

Pri tejto príležitosti by sa jednalo o izochorický proces, pretože by nedošlo k zmene objemu.

Druhý príklad

Určite kolísanie vnútornej energie, ktorá sa prejaví v plyne obsiahnutom v nádobe s objemom 10 l vystavenej tlaku 1 atm, ak sa jej teplota zvýši z 34 ° C na 60 ° C v izochorickom procese, ktorý je známy svojím špecifickým molárnym teplom. Cproti = 2,5 ·R (bytia R = 8,31 J / mol · K).

Pretože ide o proces s konštantným objemom, zmena vnútornej energie nastane len v dôsledku tepla dodávaného do plynu. Toto je určené nasledujúcim vzorcom:

Qproti = n ∙ Cproti  TTT

Na výpočet dodaného tepla je najprv potrebné vypočítať móly plynu obsiahnuté v zásobníku. Na to je potrebné použiť rovnicu ideálnych plynov:

P ∙ V = n ∙ R ∙ T

V tejto rovnici n je počet mólov, R je konštanta, ktorej hodnota je 8,31 J / mol · K, T je teplota, P je tlak, ktorému je plyn meraný v atmosférach vystavený a T je teplota. merané v Kelvinoch.

Vymazať n a dostanete:

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

Takže:

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

referencie

  1. Resnik, Halliday & Krane (2002). Fyzika Zväzok 1. Cecsa.
  2. Laider, Keith, J. (1993). Oxford University Press, ed. Svet fyzickej chémie.
  3. Tepelná kapacita. (N. D.). Vo Wikipédii. Získané dňa 28. marca 2018, z en.wikipedia.org.
  4. Latentné teplo (N. D.). Vo Wikipédii. Získané dňa 28. marca 2018, z en.wikipedia.org.
  5. Isochoric proces. (N. D.). Vo Wikipédii. Získané dňa 28. marca 2018, z en.wikipedia.org.