Isochoric Process Formulas un Calculus, ikdienas piemēri



A Isocorisks process tas ir viss termodinamiskais process, kurā tilpums paliek nemainīgs. Šos procesus bieži sauc arī par izometriskiem vai izovolumiskiem. Kopumā termodinamiskais process var notikt pie pastāvīga spiediena, un to sauc par izobarisku.

Ja tas notiek nemainīgā temperatūrā, šajā gadījumā tas ir izotermisks process. Ja starp sistēmu un vidi nav siltuma apmaiņas, tad mēs runājam par adiabātiku. No otras puses, ja ir pastāvīgs tilpums, ģenerēto procesu sauc par izokorisku.

Izohoriska procesa gadījumā var apstiprināt, ka šajos procesos spiediena apjoma darbs ir nulles, jo tas rodas, reizinot spiedienu ar tilpuma palielinājumu.

Turklāt termodinamiskā spiediena tilpuma diagrammā izokoriskie procesi ir attēloti vertikālās taisnās līnijas formā.

Indekss

  • 1 Formulas un aprēķini
    • 1.1. Termodinamikas pirmais princips
  • 2 Ikdienas piemēri
    • 2.1 Otto ideālais cikls
  • 3 Praktiski piemēri
    • 3.1 Pirmais piemērs
    • 3.2 Otrais piemērs
  • 4 Atsauces

Formulas un aprēķini

Pirmais termodinamikas princips

Termodinamikā darbu aprēķina, sākot ar šādu izteiksmi:

W = P ∙ Δ V

Šajā izteiksmē W ir darbs, kas mērīts Džoulos, P spiediens, ko mēra Ņūtonā uz kvadrātmetru, un ΔV ir tilpuma mērījumi, kas izmērīti kubikmetros.

Tāpat tas, kas pazīstams kā pirmais termodinamikas princips, nosaka, ka:

Δ U = Q - W

Minētajā formulā W ir sistēmas vai sistēmas darbs, Q ir sistēmas saņemtais vai emitētais siltums, un Δ U tā ir sistēmas iekšējā enerģijas atšķirība. Šajā gadījumā trīs lielumi tiek mērīti Džoulos.

Tā kā izokoriskajā procesā darbs ir nulle, tad:

Δ U = QV    (tā kā ΔV = 0, un tāpēc W = 0)

Tas ir, sistēmas iekšējās enerģijas variācijas pamatā ir tikai siltuma apmaiņa starp sistēmu un vidi. Šajā gadījumā siltumu nodod siltumam pie nemainīga tilpuma.

Ķermeņa vai sistēmas siltumietilpība izriet no enerģijas daudzuma dalīšanas siltuma veidā, kas nodots ķermenim vai sistēmai konkrētajā procesā, un temperatūras izmaiņām, kas tai radušās.

Kad process tiek veikts nemainīgā tilpumā, siltuma jaudu runā nemainīgā tilpumā un apzīmē ar Cv (molārā siltuma jauda).

Tādā gadījumā tas tiks izpildīts:

Qv = n ∙ Cv  ∙ ΔT

Šādā situācijā n ir molu skaits, Cv ir iepriekšminētā molārā siltuma jauda pie nemainīga tilpuma un ΔT ir ķermeņa vai sistēmas temperatūras pieaugums.

Ikdienas piemēri

Ir viegli iedomāties izokorisku procesu, ir tikai jādomā par procesu, kas notiek nemainīgā apjomā; tas ir, kad tvertne, kurā ir materiāls vai materiāla sistēma, nemainās.

Kā piemēru var minēt (ideālu) gāzi, kas noslēgta slēgtā traukā, kura tilpumu nevar mainīt ar jebkādiem līdzekļiem, kuriem tiek piegādāts siltums. Pieņemsim, ka gāze ir ievietota pudelē.

Pārnesot siltumu uz gāzi, kā jau paskaidrots, tā rezultātā palielināsies vai palielināsies tās iekšējā enerģija.

Atgriezeniskais process būtu tāds kā gāzes tvertne, kuras tilpumu nevar mainīt. Ja gāze atdziest un izdala apkārtējo vidi, tad gāzes spiediens tiktu samazināts un gāzes iekšējās enerģijas vērtība samazināsies..

Otto ideālais cikls

Otto cikls ir ideāls cikla cikls, ko izmanto benzīna dzinēji. Tomēr tās sākotnējā lietošana bija mašīnās, kas izmantoja dabasgāzi vai citas degvielas gāzveida stāvoklī.

Jebkurā gadījumā Otto ideālais cikls ir interesants izocoriska procesa piemērs. Tas notiek, kad benzīna un gaisa maisījuma sadegšana notiek uzreiz iekšdedzes dzinējā..

Šajā gadījumā notiek temperatūras paaugstināšanās un gāzes spiediens balonā, tilpums paliek nemainīgs.

Praktiski piemēri

Pirmais piemērs

Ņemot vērā (ideāli) gāzi, kas atrodas cilindrā ar virzuli, norāda, vai šādi gadījumi ir izokorisko procesu piemēri.

- Ar gāzi tiek veikts 500 J darbs.

Šajā gadījumā tas nebūtu isocorisks process, jo, lai veiktu darbu ar gāzi, ir nepieciešams to saspiest, un tādēļ mainīt tā apjomu.

- Gāze izplešas, horizontāli virzot virzuli.

Atkal, tas nebūtu isocorisks process, ņemot vērā, ka gāzes izplešanās nozīmē tā tilpuma izmaiņas.

- Cilindra virzulis ir fiksēts tā, lai to nevarētu pārvietot un gāzi atdzesē.

Šajā gadījumā tas būtu izocorisks process, jo nebūtu apjoma izmaiņas.

Otrais piemērs

Noteikt iekšējās enerģijas variāciju, ko piedzīvos gāze, kas atrodas konteinerā ar tilpumu 10 l, pakļaujot to 1 atm spiedienam, ja tā temperatūra paaugstinās no 34ºC līdz 60ºC izokoriskā procesā, zināms tā īpašais molārā siltums Cv = 2,5 ·R (būt R = 8,31 J / mol K).

Tā kā tas ir nemainīga tilpuma process, iekšējā enerģijas variācija notiks tikai gāzei piegādātā siltuma rezultātā. To nosaka ar šādu formulu:

Qv = n ∙ Cv  ∙ ΔT

Lai aprēķinātu piegādāto siltumu, vispirms ir nepieciešams aprēķināt tvertnē esošās gāzes molu. Šim nolūkam ir nepieciešams izmantot ideālu gāzu vienādojumu:

P ∙ V = n ∙ R ∙ T

Šajā vienādojumā n ir molu skaits, R ir konstante, kuras vērtība ir 8,31 J / mol · K, T ir temperatūra, P ir spiediens, uz kuru attiecas atmosfērā izmērītā gāze, un T ir temperatūra mērot Kelvīnā.

Notīrīt n un jūs saņemsiet:

n = R ∙ T / (P ∙ V) = 0, 39 moli

Tā, ka:

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

Atsauces

  1. Resnik, Halliday & Krane (2002). Fizikas sējums 1. Cecsa.
  2. Laider, Keith, J. (1993). Oxford University Press, ed. Fizikālās ķīmijas pasaule.
  3. Siltuma jauda. (n.d.). Vikipēdijā. Saturs iegūts 2018. gada 28. martā, no en.wikipedia.org.
  4. Latents siltums (n.d.). Vikipēdijā. Saturs iegūts 2018. gada 28. martā, no en.wikipedia.org.
  5. Isokoriskais process. (n.d.). Vikipēdijā. Saturs iegūts 2018. gada 28. martā, no en.wikipedia.org.