กระบวนการ Isochoric: สูตรและแคลคูลัสตัวอย่างรายวัน

กระบวนการ isochoric เป็น กระบวนการ ทางอุณหพลศาสตร์ใด ๆ ที่ปริมาณคงที่ กระบวนการเหล่านี้มักจะเรียกว่ามีมิติเท่ากันหรือ isovolumic โดยทั่วไปกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์สามารถเกิดขึ้นที่ความดันคงที่และเรียกว่า isobaric

เมื่อมันเกิดขึ้นที่อุณหภูมิคงที่ในกรณีนี้มันถูกกล่าวว่าเป็นกระบวนการความร้อนใต้พิภพ หากไม่มีการแลกเปลี่ยนความร้อนระหว่างระบบและสิ่งแวดล้อมเราจะพูดถึงอะเดียแบติก ในทางตรงกันข้ามเมื่อมีปริมาณคงที่กระบวนการสร้างขึ้นเรียกว่า isochoric

ในกรณีของกระบวนการ isochoric สามารถยืนยันได้ว่าในกระบวนการเหล่านี้การทำงานของปริมาตรความดันเป็นโมฆะเนื่องจากผลลัพธ์นี้เกิดจากการเพิ่มความดันโดยการเพิ่มปริมาตร

นอกจากนี้ในแผนภาพความดัน - อุณหพลศาสตร์อุณหพลศาสตร์กระบวนการ isochoric จะแสดงในรูปแบบของเส้นตรงแนวตั้ง

สูตรและการคำนวณ

หลักการแรกของอุณหพลศาสตร์

ในอุณหพลศาสตร์งานคำนวณเริ่มจากนิพจน์ต่อไปนี้:

W = P ∙Δ V

ในนิพจน์นี้ W คืองานที่วัดเป็น Joules, P ความดันที่วัดได้ในนิวตันต่อตารางเมตรและΔVคือความแปรปรวนหรือการเพิ่มขึ้นของปริมาตรที่วัดเป็นลูกบาศก์เมตร

เช่นเดียวกับที่รู้จักกันในชื่อหลักการแรกของอุณหพลศาสตร์กล่าวว่า:

Δ U = Q - W

ในสูตรนี้ W เป็นงานที่ทำโดยระบบหรือระบบ Q คือความร้อนที่ได้รับหรือปล่อยออกมาจากระบบและ ΔU คือการแปรผันพลังงานภายในของระบบ ในโอกาสนี้ทั้งสามวัดในจูล

ตั้งแต่ในกระบวนการ isochoric งานเป็นโมฆะปรากฎว่ามันเป็นความจริงที่:

Δ U = Q _V (ตั้งแต่ΔV = 0 ดังนั้น W = 0)

นั่นคือการเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในของระบบเป็นเพียงการแลกเปลี่ยนความร้อนระหว่างระบบและสิ่งแวดล้อม ในกรณีนี้การถ่ายเทความร้อนเรียกว่าความร้อนที่ปริมาตรคงที่

ความจุความร้อนของร่างกายหรือระบบเป็นผลมาจากการแบ่งปริมาณของพลังงานในรูปแบบของความร้อนที่ถ่ายโอนไปยังร่างกายหรือระบบในกระบวนการที่กำหนดและการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิที่มีประสบการณ์โดยมัน

เมื่อกระบวนการดำเนินการที่ปริมาตรคงที่ความจุความร้อนจะถูกพูดที่ปริมาตรคงที่และแสดงด้วย C _v (ความจุความร้อนของโมลาร์)

มันจะสำเร็จในกรณีนั้น:

Q _v = n ∙ C _v ∙ΔT

ในสถานการณ์นี้ n คือจำนวนโมล, C _v คือความจุความร้อนโมลของโมลาร์ดังกล่าวข้างต้นที่ปริมาตรคงที่และΔTคืออุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นจากร่างกายหรือระบบ

ตัวอย่างรายวัน

มันง่ายที่จะจินตนาการว่ากระบวนการ isochoric มันเป็นสิ่งจำเป็นเท่านั้นที่จะคิดว่ากระบวนการที่เกิดขึ้นในปริมาณคงที่; นั่นคือภาชนะบรรจุวัสดุหรือระบบจะไม่เปลี่ยนแปลงปริมาณ

ตัวอย่างอาจเป็นกรณีของก๊าซ (อุดมคติ) ที่ล้อมรอบในภาชนะปิดที่มีปริมาตรไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ด้วยวิธีการใด ๆ ที่ให้ความร้อน สมมติว่ากรณีของก๊าซที่อยู่ในขวด

โดยการถ่ายโอนความร้อนไปยังก๊าซตามที่อธิบายไว้แล้วมันจะจบลงด้วยการเพิ่มหรือเพิ่มพลังงานภายใน

กระบวนการย้อนกลับจะเป็นของก๊าซที่ล้อมรอบในภาชนะที่มีปริมาณไม่สามารถแก้ไขได้ หากก๊าซเย็นตัวลงและให้ความร้อนกับสิ่งแวดล้อมแรงดันแก๊สจะลดลงและมูลค่าของพลังงานภายในของก๊าซจะลดลง

วงจรอุดมคติของ Otto

วัฏจักร Otto เป็นกรณีที่เหมาะสมที่สุดของวัฏจักรที่ใช้โดยเครื่องยนต์เบนซิน อย่างไรก็ตามการใช้ครั้งแรกอยู่ในเครื่องจักรที่ใช้ก๊าซธรรมชาติหรือเชื้อเพลิงอื่น ๆ ในสถานะก๊าซ

ไม่ว่าในกรณีใดวงจรอุดมคติของอ็อตโตเป็นตัวอย่างที่น่าสนใจของกระบวนการไอโซคอริก มันเกิดขึ้นเมื่อการเผาไหม้ของส่วนผสมน้ำมันเบนซินและอากาศเกิดขึ้นทันทีในเครื่องยนต์สันดาปภายใน

ในกรณีนี้จะมีการเพิ่มอุณหภูมิและความดันของก๊าซภายในกระบอกสูบปริมาณที่เหลืออยู่คงที่

ตัวอย่างการปฏิบัติ

ตัวอย่างแรก

ให้ก๊าซ (อุดมคติ) ที่อยู่ในกระบอกสูบที่มีลูกสูบระบุว่ากรณีต่อไปนี้เป็นตัวอย่างของกระบวนการไอโซโคริค

- งาน 500 J ทำบนแก๊ส

ในกรณีนี้มันจะไม่เป็นกระบวนการไอโซคอรีเนื่องจากจะต้องทำงานเกี่ยวกับแก๊สจึงจำเป็นต้องบีบอัดและดังนั้นจึงต้องเปลี่ยนปริมาตร

- แก๊สขยายตัวโดยการแทนที่ลูกสูบในแนวนอน

อีกครั้งมันจะไม่เป็นกระบวนการ isochoric เนื่องจากการขยายตัวของก๊าซหมายถึงการเปลี่ยนแปลงของปริมาณ

- ลูกสูบของกระบอกสูบได้รับการแก้ไขเพื่อที่จะไม่สามารถแทนที่และก๊าซจะถูกทำให้เย็นลง

ในโอกาสนี้มันจะเป็นกระบวนการ isochoric เนื่องจากจะไม่มีการเปลี่ยนแปลงในปริมาณ

ตัวอย่างที่สอง

พิจารณาการแปรผันของพลังงานภายในที่ก๊าซที่บรรจุในภาชนะที่มีปริมาตร 10 L ภายใต้แรงดัน 1 atm จะได้รับถ้าอุณหภูมิของมันเพิ่มขึ้นจาก 34 ºCถึง 60 ºCในกระบวนการไอโซคอริกเป็นที่ทราบกันว่ามันร้อนโมลจำเพาะ c _v = 2.5 · R (โดยที่ R = 8.31 J / mol · K)

เนื่องจากเป็นกระบวนการที่มีปริมาตรคงที่การแปรผันของพลังงานภายในจะเกิดขึ้นเนื่องจากความร้อนที่จ่ายให้กับก๊าซ สิ่งนี้ถูกกำหนดด้วยสูตรต่อไปนี้:

Q _v = n ∙ C _v ∙ΔT

ในการคำนวณความร้อนที่ให้มาจำเป็นต้องมีการคำนวณโมลของก๊าซที่มีอยู่ในภาชนะก่อน สำหรับสิ่งนี้จำเป็นต้องใช้สมการของก๊าซอุดมคติ:

P ∙ V = n ∙ R ∙ T

ในสมการนี้ n คือจำนวนโมล R คือค่าคงที่ซึ่งมีค่าเท่ากับ 8.31 J / mol · K, T คืออุณหภูมิ, P คือความดันที่ก๊าซถูกวัดในบรรยากาศถูกยัดเยียดและ T คืออุณหภูมิ วัดในเคลวิน

ล้าง n และคุณจะได้รับ:

n = R ∙ T / (P ∙ V) = 0, 39 โมล

ดังนั้น:

Δ U = Q _V = n ∙ C _v ∙ΔT = 0.39 ∙ 2.5 ∙ 8.31 ∙ 26 = 210.65 J