Isokraatsete protsesside valemid ja kalkulatsioon, igapäevased näited



A Isokraatlik protsess see on kogu termodünaamiline protsess, milles maht jääb konstantseks. Neid protsesse nimetatakse sageli isomeetrilisteks või isovolumilisteks. Üldiselt võib konstantsel rõhul tekkida termodünaamiline protsess ja seda nimetatakse seejärel isobariks.

Kui see toimub konstantsel temperatuuril, siis sellisel juhul on see isotermiline protsess. Kui süsteemi ja keskkonna vahel puudub soojusvahetus, siis räägime me adiabaatikast. Teisest küljest, kui on olemas püsiv maht, nimetatakse genereeritud protsessi isokooriliseks.

Isokoorse protsessi puhul võib kinnitada, et nendes protsessides on rõhumahu töö null, kuna see tuleneb rõhu korrutamisest mahu suurenemisega.

Lisaks on termodünaamilise rõhu mahu diagrammis isokoorsed protsessid kujutatud vertikaalse sirgjoonena.

Indeks

  • 1 Valemid ja arvutus
    • 1.1 Termodünaamika esimene põhimõte
  • 2 Igapäevased näited
    • 2.1 Otto ideaalne tsükkel
  • 3 Praktilised näited
    • 3.1 Esimene näide
    • 3.2 Teine näide
  • 4 Viited

Valemid ja arvutus

Esimene termodünaamika põhimõte

Termodünaamikas arvutatakse töö lähtudes järgmisest väljendist:

W = P Δ V

Selles väljendis W on töö, mida mõõdetakse džaulides, P rõhk, mida mõõdetakse Newtonis ruutmeetri kohta, ja ΔV on ruumala variatsioon või suurenemine kuupmeetrites mõõdetuna..

Samuti on termodünaamika esimeseks põhimõtteks tuntud:

Δ U = Q - W

Nimetatud valemis W on süsteemi või süsteemi poolt tehtud töö, Q on süsteemi poolt vastuvõetud või emiteeritav soojus ja Δ U see on süsteemi sisemine energiavariatsioon. Sel juhul mõõdetakse kolme suurust Joulides.

Kuna isokraatses protsessis on töö null, siis järeldub, et:

Δ U = QV    (kuna ΔV = 0 ja seega W = 0)

See tähendab, et süsteemi sisemine energiavariatsioon on tingitud ainult süsteemi ja keskkonna vahelisest soojusvahetusest. Sel juhul nimetatakse ülekantud soojust konstantse ruumalaga soojuseks.

Keha või süsteemi soojusvõimsus tuleneb keha või süsteemi ülekantava soojusenergia koguse jagamisest antud protsessis ja selle temperatuurimuutusest..

Kui protsess viiakse läbi konstantses mahus, räägitakse soojusvõimsusest konstantsel mahul ja seda tähistatakse C-gav (molaarne soojusvõimsus).

Sellisel juhul täidetakse see:

Qv = n ∙ Cv  ∙ ΔT

Sellises olukorras on n moolide arv, Cv on eespool nimetatud molaarne soojusvõimsus konstantsel mahul ja ΔT on keha või süsteemi temperatuuri tõus.

Igapäevased näited

Isokoorne protsess on lihtne ette kujutada, on vaja ainult mõelda protsessile, mis toimub konstantses mahus; see tähendab, et aine või materjali süsteemi sisaldav mahuti ei muutu mahus.

Näiteks võib olla suletud konteinerisse paigutatud (ideaalse) gaasi juhtum, mille mahtu ei saa muuta mis tahes vahenditega, millega soojust tarnitakse. Oletame, et gaas on suletud pudelisse.

Soojuse ülekandmine gaasile, nagu juba selgitatud, toob endaga kaasa selle sisemise energia suurenemise või suurenemise.

Pöördprotsessiks oleks gaas, mis on suletud mahutisse, mille mahtu ei saa muuta. Kui gaas jahtub ja keskkonda eraldab soojust, siis vähendatakse gaasirõhku ja väheneks gaasi sisemise energia väärtus..

Otto ideaalne tsükkel

Otto tsükkel on bensiinimootorite kasutatava tsükli ideaaljuhtum. Selle esmane kasutamine oli aga masinates, mis kasutasid maagaasi või muid kütuseid gaasilises olekus.

Igal juhul on Otto ideaalne tsükkel isotoorse protsessi huvitav näide. See juhtub siis, kui bensiini ja õhu segu põletamine toimub sisepõlemismootoriga koheselt..

Sel juhul toimub ballooni sees oleva gaasi temperatuuri ja rõhu tõus, ruumala jääb konstantseks.

Praktilised näited

Esimene näide

Andke kolbiga silindrisse (ideaalseks) gaasiks märge selle kohta, kas järgnevad juhtumid on isokoorsete protsesside näited.

- Gaasil tehakse 500 J töö.

Sel juhul ei oleks isokoorne protsess, sest gaasiga tehtava töö tegemiseks on vaja seda tihendada ja seetõttu muuta selle mahtu.

- Gaas paisub kolvi horisontaalse nihutamisega.

Jällegi ei oleks see isokoorne protsess, arvestades, et gaasi laienemine eeldab selle mahu muutumist.

- Silindri kolb on fikseeritud nii, et seda ei saa nihutada ja gaasi jahutada.

Sellisel juhul oleks tegemist isokoorse protsessiga, kuna mahtu ei muutuks.

Teine näide

Määratakse kindlaks sisemise energia variatsioon, mida kogeb 10 l mahuga mahutis sisalduv gaas, mis on allutatud rõhule 1 atm, kui selle temperatuur tõuseb isokoorses protsessis 34 ° C-lt 60 ° C-ni, tuntud selle spetsiifiline molaarne kuumus Cv = 2,5 ·R (olles R = 8,31 J / mol · K).

Kuna tegemist on konstantse mahuga protsessiga, toimub sisemise energia varieerumine ainult gaasile tarnitava soojuse tagajärjel. See määratakse järgmise valemiga:

Qv = n ∙ Cv  ∙ ΔT

Tarnitava soojuse arvutamiseks on kõigepealt vaja arvutada mahutis sisalduva gaasi moolid. Selleks on vaja kasutada ideaalsete gaaside võrrandit:

P ∙ V = n ∙ R ∙ T

Selles võrrandis n on moolide arv, R on konstant, mille väärtus on 8,31 J / mol · K, T on temperatuur, P on rõhk, millele atmosfääris mõõdetud gaas on mõjutatud, ja T on temperatuur mõõdetakse Kelvinis.

Tühjenda n ja saad:

n = R ∙ T / (P ∙ V) = 0, 39 mooli

Nii et:

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

Viited

  1. Resnik, Halliday & Krane (2002). Füüsika köide 1. Cecsa.
  2. Laider, Keith, J. (1993). Oxford University Press, ed. Füüsilise keemia maailm.
  3. Soojusmaht. (n.d.). Wikipedias. Välja otsitud 28. märtsil 2018, en.wikipedia.org.
  4. Varjatud soojus (n.d.). Wikipedias. Välja otsitud 28. märtsil 2018, en.wikipedia.org.
  5. Isokraatlik protsess. (n.d.). Wikipedias. Välja otsitud 28. märtsil 2018, en.wikipedia.org.