Ізохоричні формули та обчислення, щоденні приклади



A Ізохоричний процес це весь термодинамічний процес, в якому обсяг залишається постійним. Ці процеси часто називаються також ізометричними або изовулемическими. Загалом, термодинамічний процес може відбуватися при постійному тиску і потім називається ізобаричним.

Коли воно відбувається при постійній температурі, то в цьому випадку його називають ізотермічним процесом. Якщо між системою і навколишнім середовищем не відбувається теплообміну, то йдеться про адіабатику. З іншого боку, коли є постійний об'єм, генерований процес називається ізохоричним.

У випадку ізохоричного процесу можна стверджувати, що в цих процесах робота тиск-об'єм є нульовою, оскільки це є результатом множення тиску на збільшення обсягу.

Крім того, в термодинамічній діаграмі тиск-об'єм ізохоричні процеси представлені у вигляді вертикальної прямої лінії.

Індекс

  • 1 Формули і розрахунок
    • 1.1 Перший принцип термодинаміки
  • 2 Щоденні приклади
    • 2.1 Ідеальний цикл Отто
  • 3 Практичні приклади
    • 3.1 Перший приклад
    • 3.2 Другий приклад
  • 4 Посилання

Формули і розрахунок

Перший принцип термодинаміки

У термодинаміці робота розраховується, починаючи з наступного виразу:

W = P ∙ ΔV

У цьому виразі W - робота, виміряна в Джоулях, P - тиск, виміряний в Ньютоні на квадратний метр, а ΔV - зміна або збільшення обсягу, виміряного в кубічних метрах.

Аналогічно, той, який відомий як перший принцип термодинаміки, говорить про те, що:

Δ U = Q - W

У зазначеній формулі W виконується робота системи або системи, Q - тепло, яке приймається або випускається системою, і Δ U це внутрішня енергетична варіація системи. З цього приводу три величини вимірюються в джоулях.

Оскільки в ізохоричному процесі робота є нульовою, випливає, що:

Δ U = QV    (оскільки, ΔV = 0, а тому W = 0)

Тобто, внутрішня енергетична варіація системи відбувається виключно за рахунок обміну тепла між системою і навколишнім середовищем. У цьому випадку передане тепло називається теплом при постійному об'ємі.

Теплоємність тіла або системи виникає в результаті ділення кількості енергії у вигляді тепла, що передається на тіло або систему в даному процесі, і зміна температури, що випробовується нею.

Коли процес здійснюється при постійному об'ємі, теплову потужність розмовляють при постійному обсязі і позначають Сv (молярна теплоємність).

Це буде виконано в такому випадку:

Qv = n. Cv  T T

У цій ситуації n - число молей, Cv - вищезгадана молярна теплоємність при постійному обсязі і ΔТ - підвищення температури, що відчувається тілом або системою.

Щоденні приклади

Легко уявити собі ізохоричний процес, необхідно лише подумати про процес, що відбувається при постійному обсязі; тобто, в якому контейнер, що містить речовину або систему матеріалів, не змінюється в обсязі.

Прикладом може бути (ідеальний) газ, укладений у закритому контейнері, обсяг якого не може бути змінений будь-якими засобами, до яких подається тепло. Припустимо випадок газу, укладеного в пляшку.

Шляхом перенесення тепла до газу, як вже пояснювалося, в кінцевому підсумку призведе до збільшення або збільшення його внутрішньої енергії.

Зворотний процес полягає в тому, що газ, укладений в контейнер, обсяг якого не може бути змінений. Якщо газ охолоджується і виділяє тепло навколишньому середовищу, то тиск газу буде зменшено, а значення внутрішньої енергії газу зменшиться..

Ідеальний цикл Отто

Цикл Отто - ідеальний випадок циклу, який використовують бензинові двигуни. Однак його первинне використання було в машинах, які використовували природний газ або інші види палива в газоподібному стані.

У будь-якому випадку ідеальний цикл Отто є цікавим прикладом ізохоричного процесу. Це відбувається, коли горіння суміші бензину і повітря відбувається миттєво в двигуні внутрішнього згоряння..

У цьому випадку відбувається збільшення температури і тиску газу всередині циліндра, при цьому об'єм залишається постійним.

Практичні приклади

Перший приклад

Враховуючи (ідеальний) газ, укладений в циліндр з поршнем, вказують, чи є наступні випадки прикладами ізохоричних процесів.

- Роботу 500 J виконується на газі.

У цьому випадку це не був би ізохоричний процес, тому що для виконання роботи на газі необхідно його стиснути, а отже, змінити його обсяг.

- Газ розширюється горизонтальним зміщенням поршня.

Знову ж таки, це не був би ізохоричний процес, враховуючи, що розширення газу передбачає зміну його обсягу.

- Поршень циліндра закріплений так, що він не може бути зміщений і газ охолоджується.

З цього приводу це був би ізохоричний процес, оскільки не було б варіації обсягу.

Другий приклад

Визначте зміну внутрішньої енергії, яка буде відчуватися за допомогою газу, що міститься в контейнері об'ємом 10 л, підданому тиску 1 атм, якщо його температура підвищується від 34ºC до 60ºC в ізохоричному процесі, відоме його специфічне молярне тепло Cv = 2,5 ·R (буття R = 8,31 Дж / моль · К).

Оскільки цей процес є постійним об'ємом, зміна внутрішньої енергії відбуватиметься лише внаслідок теплоти, що подається до газу. Це визначається наступною формулою:

Qv = n. Cv  T T

Для того, щоб обчислити подане тепло, спочатку необхідно обчислити молі газу, що міститься в контейнері. Для цього необхідно вдатися до рівняння ідеальних газів:

P = V = n ∙ R ∙ T

У цьому рівнянні n - число молей, R - постійна, величина якої становить 8,31 Дж / моль · K, T - температура, P - тиск, на який піддається газ, виміряний в атмосферах, і T - температура вимірюється в кельвінах.

Очистіть, і ви отримаєте:

n = R / T / (P ∙ V) = 0, 39 моль

Так що:

Δ U = QV  = n. Cv  ∙ ΔT = 0,39 ∙ 2,5 1 8,31 = 26 = 210,65 Дж

Список літератури

  1. Resnik, Halliday & Krane (2002). Фізика Том 1. Cecsa.
  2. Laider, Keith, J. (1993). Oxford University Press, під ред. Світ фізичної хімії.
  3. Теплоємність. (n.d.). У Вікіпедії. Отримано 28 березня 2018 року з en.wikipedia.org.
  4. Латентна теплота (n.d.). У Вікіпедії. Отримано 28 березня 2018 року з en.wikipedia.org.
  5. Ізохоричний процес. (n.d.). У Вікіпедії. Отримано 28 березня 2018 року з en.wikipedia.org.