Isokoriset prosessikaavat ja laskenta, päivittäiset esimerkit



 Isokraattinen prosessi se on kaikki termodynaaminen prosessi, jossa tilavuus pysyy vakiona. Näitä prosesseja kutsutaan usein myös isometrisiksi tai isovolumiksi. Yleensä termodynaaminen prosessi voi tapahtua vakiopaineessa ja sitä kutsutaan sitten isobariseksi.

Kun se tapahtuu vakiolämpötilassa, tässä tapauksessa sen sanotaan olevan isoterminen prosessi. Jos järjestelmän ja ympäristön välillä ei ole lämmönvaihtoa, puhumme adiabatiasta. Toisaalta, kun on vakio tilavuus, tuotettua prosessia kutsutaan isokoriseksi.

Isokorisen prosessin tapauksessa voidaan vahvistaa, että näissä prosesseissa paine-volyymityö on nolla, koska tämä johtuu paineen kertomisesta tilavuuden kasvulla.

Lisäksi isodoriset prosessit on esitetty termodynaamisessa paine-tilavuuskaaviossa pystysuoran suoran muodon muodossa.

indeksi

  • 1 Kaavat ja laskenta
    • 1.1 Termodynamiikan ensimmäinen periaate
  • 2 Päivittäiset esimerkit
    • 2.1 Otto-ideaalinen sykli
  • 3 Käytännön esimerkkejä
    • 3.1 Ensimmäinen esimerkki
    • 3.2 Toinen esimerkki
  • 4 Viitteet

Kaavat ja laskenta

Ensimmäinen termodynamiikan periaate

Termodynamiikassa työ lasketaan alkaen seuraavasta ilmaisusta:

W = P ∙ V

Tässä lausekkeessa W on työ, joka mitataan Jouleissa, P Newtonissa mitattuna paineina neliömetriä kohti, ja ΔV on volyymin vaihtelu tai nousu kuutiometreinä.

Samoin termodynamiikan ensimmäinen periaate tunnetaan, että:

Δ U = Q - W

Mainitussa kaavassa W on järjestelmän tai järjestelmän tekemä työ, Q on järjestelmän vastaanottama tai emittoima lämpö, ​​ja Δ U se on järjestelmän sisäinen energiamuutos. Tällöin kolme suuruutta mitataan Jouleissa.

Koska isokorisessa prosessissa työ on nolla, seuraa, että:

Δ U = QV    (koska ΔV = 0, ja siksi W = 0)

Toisin sanoen järjestelmän sisäinen energiamuutos johtuu yksinomaan järjestelmän ja ympäristön välisestä lämmönvaihdosta. Tässä tapauksessa siirrettyä lämpöä kutsutaan lämpöiseksi vakiomääränä.

Rungon tai järjestelmän lämpökapasiteetti johtuu siitä, että energian määrä jaetaan kehoon tai järjestelmään siirretyn lämmön muodossa tietyssä prosessissa ja sen lämpötilamuutoksesta.

Kun prosessi suoritetaan vakiona, lämpökapasiteetti puhutaan vakiomäärällä ja sitä merkitään C: lläv (molaarinen lämpökapasiteetti).

Se täytetään tässä tapauksessa:

Qv = n ∙ Cv  ∙ ΔT

Tässä tilanteessa n on moolien lukumäärä, Cv on edellä mainittu molaarinen lämpökapasiteetti vakiotilavuudessa ja ΔT on kehon tai järjestelmän lämpötilan nousu.

Päivittäiset esimerkit

Isokorinen prosessi on helppo kuvitella, on vain tarpeen miettiä prosessia, joka tapahtuu vakiona; ts. jossa säiliö, joka sisältää aineen tai materiaalijärjestelmän, ei muutu tilavuudessa.

Esimerkkinä voidaan mainita (ihanteellinen) kaasu suljettuun säiliöön, jonka tilavuutta ei voida muuttaa millään keinolla, johon lämpöä syötetään. Oletetaan, että kaasu on suljettu pulloon.

Siirtämällä lämpöä kaasuun, kuten jo on selitetty, se johtaa sen sisäisen energian kasvuun tai kasvuun.

Käänteinen prosessi olisi sellaisen säiliön kaasu, joka on suljettu säiliöön, jonka tilavuutta ei voida muuttaa. Jos kaasu jäähtyy ja päästää lämpöä ympäristöön, kaasun paine pienenee ja kaasun sisäisen energian arvo vähenisi..

Otto-ideaalinen sykli

Otto-sykli on ihanteellinen tapa käyttää bensiinimoottoreita. Sen ensimmäinen käyttö oli kuitenkin koneissa, joissa käytettiin maakaasua tai muita kaasuja.

Otto on ihanteellinen sykli joka tapauksessa mielenkiintoinen esimerkki isokorisesta prosessista. Se tapahtuu, kun bensiinin ja ilman seoksen palaminen tapahtuu välittömästi polttomoottorissa..

Tässä tapauksessa lämpötilan ja kaasun paineen nousu sylinterissä tapahtuu, tilavuus pysyy vakiona.

Käytännön esimerkkejä

Ensimmäinen esimerkki

Annetaan (ihanteellinen) kaasu, joka on suljettu sylinteriin männän kanssa, osoittaa, ovatko seuraavat tapaukset esimerkkejä isokorisista prosesseista.

- Kaasuun tehdään 500 J: n työ.

Tällöin ei olisi isokorinen prosessi, koska kaasun tekeminen on välttämätöntä pakata se ja muuttaa sen tilavuutta.

- Kaasu laajenee siirtämällä mäntää vaakasuunnassa.

Jälleen, se ei olisi isokorinen prosessi, koska kaasun laajennus merkitsee sen tilavuuden vaihtelua.

- Sylinterin mäntä on kiinnitetty siten, että sitä ei voida siirtää ja kaasua jäähdytetään.

Tällöin se olisi isokorinen prosessi, koska tilavuuden vaihtelua ei olisi.

Toinen esimerkki

Määritetään sisäisen energian vaihtelu, joka ilmenee 10 litran tilavuudeltaan säiliössä olevalla kaasulla, joka altistetaan 1 atm paineelle, jos sen lämpötila nousee 34 ° C: sta 60ºC: seen isokorisessa prosessissa, tunnettu sen erityisestä moolilämmöstä Cv = 2,5 ·R (joka R = 8,31 J / mol · K).

Koska kyseessä on vakiomääräinen prosessi, sisäisen energian vaihtelu tapahtuu vain kaasuun syötetyn lämmön seurauksena. Tämä määritetään seuraavalla kaavalla:

Qv = n ∙ Cv  ∙ ΔT

Toimitettavan lämmön laskemiseksi on ensin tarpeen laskea säiliössä olevan kaasun moolit. Tätä varten on käytettävä ihanteellisten kaasujen yhtälöä:

P ∙ V = n ∙ R ∙ T

Tässä yhtälössä n on moolien lukumäärä, R on vakio, jonka arvo on 8,31 J / mol · K, T on lämpötila, P on paine, johon kaasu mitataan ilmakehissä ja T on lämpötila mitattu Kelvinissä.

Tyhjennä n ja saat:

n = R ∙ T / (P ∙ V) = 0, 39 moolia

Niin, että:

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

viittaukset

  1. Resnik, Halliday & Krane (2002). Fysiikan määrä 1. Cecsa.
  2. Laider, Keith, J. (1993). Oxford University Press, toim. Fyysisen kemian maailma.
  3. Lämpökapasiteetti. (N.D.). Wikipediassa. Haettu 28. maaliskuuta 2018 osoitteesta en.wikipedia.org.
  4. Litteä lämpö (N.D.). Wikipediassa. Haettu 28. maaliskuuta 2018 osoitteesta en.wikipedia.org.
  5. Isokorinen prosessi. (N.D.). Wikipediassa. Haettu 28. maaliskuuta 2018 osoitteesta en.wikipedia.org.