สูตรกระบวนการ Isochoric และแคลคูลัสตัวอย่างรายวัน

 กระบวนการ Isochoric เป็นกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์ทั้งหมดซึ่งปริมาตรยังคงที่ กระบวนการเหล่านี้มักจะเรียกว่ามีมิติเท่ากันหรือ isovolumic โดยทั่วไปกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์สามารถเกิดขึ้นที่ความดันคงที่และเรียกว่า isobaric.

เมื่อมันเกิดขึ้นที่อุณหภูมิคงที่ในกรณีนี้มันบอกว่าเป็นกระบวนการความร้อน หากไม่มีการแลกเปลี่ยนความร้อนระหว่างระบบกับสิ่งแวดล้อมเราจะพูดถึงอะเดียแบติก ในทางตรงกันข้ามเมื่อมีปริมาณคงที่กระบวนการสร้างขึ้นเรียกว่า isochoric.

ในกรณีของกระบวนการ isochoric สามารถยืนยันได้ว่าในกระบวนการเหล่านี้การทำงานของปริมาตรความดันเป็นโมฆะเนื่องจากผลลัพธ์จากการคูณความดันด้วยการเพิ่มปริมาตร.

นอกจากนี้ในแผนภาพความดัน - อุณหพลศาสตร์ของอุณหพลศาสตร์กระบวนการ isochoric จะแสดงในรูปแบบของเส้นตรงแนวตั้ง.

ดัชนี

• 1 สูตรและการคำนวณ
  • 1.1 หลักการแรกของอุณหพลศาสตร์
• 2 ตัวอย่างรายวัน
  • 2.1 วงจรอุดมคติของอ็อตโต
• 3 ตัวอย่างการปฏิบัติ
  • 3.1 ตัวอย่างแรก
  • 3.2 ตัวอย่างที่สอง
• 4 อ้างอิง

สูตรและการคำนวณ

หลักการแรกของอุณหพลศาสตร์

ในอุณหพลศาสตร์งานคำนวณเริ่มจากนิพจน์ต่อไปนี้:

W = P ∙Δ V

ในนิพจน์นี้ W คืองานที่วัดเป็น Joules, P ความดันที่วัดได้ในนิวตันต่อตารางเมตรและΔVคือการแปรผันหรือการเพิ่มขึ้นของปริมาตรที่วัดเป็นลูกบาศก์เมตร.

เช่นเดียวกับที่รู้จักกันในชื่อหลักการแรกของอุณหพลศาสตร์กล่าวว่า:

Δ U = Q - W

ในสูตร W ดังกล่าวเป็นงานที่ทำโดยระบบหรือในระบบ Q คือความร้อนที่ได้รับหรือปล่อยออกมาจากระบบและ Δคุณ มันคือการแปรผันของพลังงานภายในของระบบ ในโอกาสนี้ทั้งสามวัดในจูล.

เนื่องจากในกระบวนการ isochoric งานเป็นโมฆะจึงเป็นไปตามนั้น:

Δ U = Q_V    (ตั้งแต่ΔV = 0 ดังนั้น W = 0)

นั่นคือการเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในของระบบเป็นเพียงการแลกเปลี่ยนความร้อนระหว่างระบบและสิ่งแวดล้อม ในกรณีนี้การถ่ายเทความร้อนเรียกว่าความร้อนที่ปริมาตรคงที่.

ความจุความร้อนของร่างกายหรือระบบเป็นผลมาจากการแบ่งปริมาณของพลังงานในรูปแบบของความร้อนที่ถ่ายโอนไปยังร่างกายหรือระบบในกระบวนการที่กำหนดและการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิที่มีประสบการณ์โดยมัน.

เมื่อกระบวนการดำเนินการที่ปริมาตรคงที่ความจุความร้อนจะถูกพูดที่ปริมาตรคงที่และแสดงโดย C_{โวลต์} (ความจุความร้อนกราม).

มันจะสำเร็จในกรณีนั้น:

Q_{โวลต์} = n ∙ C_{โวลต์}  ∙ΔT

ในสถานการณ์นี้ n คือจำนวนโมล C_{โวลต์} คือความจุความร้อนโมลของโมลาร์ข้างต้นที่ปริมาตรคงที่และ temperatureT คืออุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นโดยร่างกายหรือระบบ.

ตัวอย่างรายวัน

มันง่ายที่จะจินตนาการว่ากระบวนการ isochoric มันเป็นสิ่งจำเป็นเท่านั้นที่จะคิดว่ากระบวนการที่เกิดขึ้นในปริมาณคงที่; นั่นคือในภาชนะบรรจุที่มีเรื่องหรือระบบวัสดุจะไม่เปลี่ยนแปลงในปริมาณ.

ตัวอย่างอาจเป็นกรณีของก๊าซ (อุดมคติ) ที่อยู่ในภาชนะปิดซึ่งไม่สามารถเปลี่ยนแปลงปริมาตรได้ด้วยวิธีการใด ๆ ที่ให้ความร้อน สมมติว่ากรณีของก๊าซที่อยู่ในขวด.

โดยการถ่ายโอนความร้อนไปยังก๊าซดังที่อธิบายไว้แล้วจะทำให้พลังงานภายในเพิ่มขึ้นหรือเพิ่มขึ้น.

กระบวนการย้อนกลับจะเป็นของก๊าซที่ล้อมรอบในภาชนะที่มีปริมาณไม่สามารถแก้ไขได้ หากก๊าซเย็นตัวลงและปล่อยความร้อนออกสู่สิ่งแวดล้อมแรงดันแก๊สจะลดลงและมูลค่าของพลังงานภายในของก๊าซจะลดลง.

วงจรอุดมคติของ Otto

วัฏจักร Otto เป็นกรณีที่เหมาะสมที่สุดของวัฏจักรที่ใช้โดยเครื่องยนต์เบนซิน อย่างไรก็ตามการใช้ครั้งแรกอยู่ในเครื่องจักรที่ใช้ก๊าซธรรมชาติหรือเชื้อเพลิงอื่น ๆ ในสถานะก๊าซ.

ไม่ว่าในกรณีใดวงจรอุดมคติของอ็อตโตเป็นตัวอย่างที่น่าสนใจของกระบวนการไอโซคอริก มันเกิดขึ้นเมื่อการเผาไหม้ของส่วนผสมของน้ำมันเบนซินและอากาศเกิดขึ้นทันทีในเครื่องยนต์สันดาปภายใน.

ในกรณีนี้การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิและความดันของก๊าซภายในถังจะเกิดขึ้นปริมาตรที่เหลือคงที่.

ตัวอย่างการปฏิบัติ

ตัวอย่างแรก

ให้ก๊าซ (ในอุดมคติ) ในกระบอกสูบที่มีลูกสูบระบุว่ากรณีต่อไปนี้เป็นตัวอย่างของกระบวนการไอโซคอริก.

- งาน 500 J ทำบนแก๊ส.

ในกรณีนี้มันจะไม่เป็นกระบวนการไอโซคอริกเนื่องจากในการทำงานกับก๊าซมีความจำเป็นต้องบีบอัดและดังนั้นจึงต้องเปลี่ยนปริมาตร.

- ก๊าซจะขยายตัวโดยการแทนที่ลูกสูบในแนวนอน.

อีกครั้งมันจะไม่เป็นกระบวนการ isochoric เนื่องจากการขยายตัวของก๊าซหมายถึงการเปลี่ยนแปลงของปริมาณ.

- ลูกสูบของกระบอกสูบได้รับการแก้ไขเพื่อที่จะไม่สามารถแทนที่และก๊าซจะเย็นลง.

ในโอกาสนี้มันจะเป็นกระบวนการ isochoric เนื่องจากจะไม่มีการเปลี่ยนแปลงปริมาณ.

ตัวอย่างที่สอง

กำหนดความผันแปรของพลังงานภายในที่จะได้รับจากก๊าซที่บรรจุอยู่ในภาชนะที่มีปริมาตร 10 L ภายใต้แรงดัน 1 atm หากอุณหภูมิของมันเพิ่มขึ้นจาก 34 toC ถึง60ºCในกระบวนการไอโซคอริกเป็นที่รู้จัก C_{โวลต์} = 2.5 ·R (เป็น R = 8.31 J / mol · K).

เนื่องจากเป็นกระบวนการที่มีปริมาตรคงที่การแปรผันของพลังงานภายในจะเกิดขึ้นเนื่องจากความร้อนที่จ่ายให้กับก๊าซ สิ่งนี้ถูกกำหนดด้วยสูตรต่อไปนี้:

Q_{โวลต์} = n ∙ C_{โวลต์}  ∙ΔT

ในการคำนวณความร้อนที่ให้มาจำเป็นต้องมีการคำนวณโมลของก๊าซที่มีอยู่ในภาชนะก่อน สำหรับสิ่งนี้มีความจำเป็นต้องใช้สมการของก๊าซอุดมคติ:

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_{โวลต์}  ∙ΔT = 0.39 ∙ 2.5 ∙ 8.31 ∙ 26 = 210.65 J

การอ้างอิง

1. Resnik, Halliday & Krane (2002). ปริมาณฟิสิกส์ 1. Cecsa.
2. Laider, Keith, J. (1993) สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยออกซ์ฟอร์ดเอ็ด. โลกของเคมีเชิงฟิสิกส์.
3. ความจุความร้อน ( N.d. ) ในวิกิพีเดีย สืบค้นเมื่อวันที่ 28 มีนาคม 2018 จาก en.wikipedia.org.
4. ความร้อนแฝง ( N.d. ) ในวิกิพีเดีย สืบค้นเมื่อวันที่ 28 มีนาคม 2018 จาก en.wikipedia.org.
5. กระบวนการ Isochoric ( N.d. ) ในวิกิพีเดีย สืบค้นเมื่อวันที่ 28 มีนาคม 2018 จาก en.wikipedia.org.