Isochoric Process Formulas ir Calculus, Dienos pavyzdžiai



A Izokorinis procesas tai yra visas termodinaminis procesas, kuriame tūris išlieka pastovus. Šie procesai dažnai vadinami izometriniais arba izovoluminiais. Apskritai termodinaminis procesas gali vykti esant pastoviam slėgiui ir tada vadinamas izobariniu.

Kai jis atsiranda esant pastoviai temperatūrai, tuo atveju jis yra izoterminis procesas. Jei nėra šilumos mainų tarp sistemos ir aplinkos, mes kalbame apie adiabatiką. Kita vertus, kai yra pastovus tūris, generuojamas procesas vadinamas izocoriumi.

Izokorinio proceso atveju galima patvirtinti, kad šiuose procesuose slėgio tūrio darbas yra nulinis, nes dėl to padidėja spaudimas iš tūrio padidėjimo.

Be to, termodinaminiame slėgio tūrio diagramoje izokoriniai procesai yra pateikiami vertikalios tiesios linijos pavidalu.

Indeksas

  • 1 Formulės ir skaičiavimas
    • 1.1 Pirmasis termodinamikos principas
  • 2 Dienos pavyzdžiai
    • 2.1 idealus „Otto“ ciklas
  • 3 Praktiniai pavyzdžiai
    • 3.1 Pirmasis pavyzdys
    • 3.2 Antrasis pavyzdys
  • 4 Nuorodos

Formulės ir skaičiavimas

Pirmasis termodinamikos principas

Termodinamikoje darbas apskaičiuojamas pradedant tokia išraiška:

W = P Δ Δ V

Šioje išraiška W yra darbas, išmatuotas Džauliais, P slėgis, išmatuotas Niutone vienam kvadratiniam metrui, ir ΔV - tūrio pokytis, išmatuotas kubiniais metrais..

Taip pat, žinomas kaip pirmasis termodinamikos principas, teigiama, kad:

Δ U = Q - W

Minėtoje formulėje W yra sistemos arba sistemos atliekamas darbas, Q yra sistemos gaunama arba išleidžiama šiluma, ir Δ U tai yra vidinis sistemos energijos kitimas. Tokiu atveju trys dydžiai matuojami džoulais.

Kadangi izokoriniame procese darbas yra nulinis, tai reiškia, kad:

Δ U = QV    (nuo, ΔV = 0, todėl W = 0)

Tai reiškia, kad vidinis sistemos energijos kitimas priklauso tik nuo šilumos mainų tarp sistemos ir aplinkos. Tokiu atveju perduodama šiluma vadinama šiluma pastoviu tūriu.

Kūno ar sistemos šiluminis pajėgumas priklauso nuo energijos kiekio dalijimo šiluma, perduodama į kūną ar sistemą tam tikrame procese ir temperatūros pokyčiuose, kuriuos jis patiria.

Kai procesas atliekamas pastoviu tūriu, šiluminė galia kalbama pastoviu tūriu ir žymima Cv (molinis šiluminis pajėgumas).

Tokiu atveju jis bus įvykdytas:

Qv = n ∙ Cv  ∙ ΔT

Tokiu atveju n yra molių skaičius, Cv yra minėtas molinis šiluminis pajėgumas pastoviu tūriu ir ΔT yra kūno ar sistemos temperatūros padidėjimas.

Dienos pavyzdžiai

Tai lengva įsivaizduoti izokorinį procesą, tik reikia galvoti apie procesą, kuris vyksta pastoviu tūriu; tai yra, kai konteineris, kuriame yra medžiaga ar medžiagos sistema, tūrio nesikeičia.

Pavyzdžiui, gali būti (idealios) dujos, uždarytos uždaroje talpykloje, kurios tūris negali būti keičiamas jokiomis priemonėmis, kuriomis tiekiama šiluma. Tarkime, kad dujos yra uždarytos į butelį.

Perkėlus šilumą į dujas, kaip jau buvo paaiškinta, galiausiai padidės arba padidės jos vidinė energija.

Atvirkštinis procesas būtų dujų, uždėtų į konteinerį, kurio tūris negali būti pakeistas, procesas. Jei dujos atvėsina ir išskiria šilumą į aplinką, tuomet sumažėtų dujų slėgis ir sumažėtų dujų vidinės energijos vertė..

„Otto“ idealus ciklas

„Otto“ ciklas yra idealus benzino variklių ciklo atvejis. Tačiau jos pradinis panaudojimas buvo naudojamas mašinose, kuriose gamtinės dujos arba kiti degalai buvo naudojami dujinėje būsenoje.

Bet kokiu atveju, idealus Otto ciklas yra įdomus izokorinio proceso pavyzdys. Tai atsitinka, kai benzino ir oro mišinio degimas vyksta akimirksniu vidaus degimo variklyje..

Šiuo atveju vyksta temperatūros padidėjimas ir dujų slėgis cilindro viduje, tūris išlieka pastovus.

Praktiniai pavyzdžiai

Pirmasis pavyzdys

Nurodant (idealus) dujas, esančias cilindre su stūmokliu, nurodykite, ar šie atvejai yra izokorinių procesų pavyzdžiai.

- 500 J darbas atliekamas su dujomis.

Šiuo atveju tai nebūtų izocorinis procesas, nes darbui su dujomis atlikti reikia suspausti ir pakeisti jo tūrį..

- Dujos plečiasi horizontaliai pastumiant stūmoklį.

Vėlgi, tai nebūtų izokorinis procesas, atsižvelgiant į tai, kad dujų plėtra reiškia jo apimties kitimą.

- Cilindro stūmoklis yra pritvirtintas taip, kad jo nebūtų galima išstumti ir dujos yra atšaldomos.

Tokiu atveju tai būtų izokorinis procesas, nes nebūtų apimties svyravimų.

Antrasis pavyzdys

Nustatyti vidinės energijos, kuri bus patiriama 10 l tūrio talpykloje esančioje dujoje, skirtumui, veikiamam 1 atm slėgio, jei jo temperatūra pakyla nuo 34ºC iki 60ºC izokoriniame procese, žinoma jo specifinė molinė šiluma Cv = 2,5 ·R (buvimas R = 8,31 J / mol · K).

Kadangi tai yra pastovaus tūrio procesas, vidinės energijos variacijos gali atsirasti tik dėl to, kad į dujas tiekiama šiluma. Tai nustatoma pagal šią formulę:

Qv = n ∙ Cv  ∙ ΔT

Norint apskaičiuoti tiekiamą šilumą, pirmiausia reikia apskaičiuoti talpoje esančių dujų molius. Dėl to būtina pasinaudoti idealių dujų lygtimi:

P ∙ V = n ∙ R ∙ T

Šioje lygtyje n yra molų skaičius, R yra konstanta, kurios vertė yra 8,31 J / mol · K, T yra temperatūra, P - slėgis, kuriam atmosferose matuojama dujos, ir T yra temperatūra matuojama Kelvinu.

Išvalykite n ir gausite:

n = R ∙ T / (P ∙ V) = 0, 39 mol

Taigi, kad:

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

Nuorodos

  1. Resnik, Halliday & Krane (2002). Fizikos tomas 1. Cecsa.
  2. Laider, Keith, J. (1993). Oksfordo universiteto leidykla, ed. Fizinės chemijos pasaulis.
  3. Šilumos talpa. (n.d.). Vikipedijoje. Gauta 2018 m. Kovo 28 d. Iš en.wikipedia.org.
  4. Latentinė šiluma (n.d.). Vikipedijoje. Gauta 2018 m. Kovo 28 d. Iš en.wikipedia.org.
  5. Izokorinis procesas. (n.d.). Vikipedijoje. Gauta 2018 m. Kovo 28 d. Iš en.wikipedia.org.