Διαδικασίες ισορροπημένης διαδικασίας και υπολογισμός, καθημερινά παραδείγματα



Α Ισοκορική διαδικασία όλα είναι θερμοδυναμική διαδικασία στην οποία ο όγκος παραμένει σταθερός. Αυτές οι διαδικασίες ονομάζονται συχνά ισομετρικές ή ισοκυματικές. Γενικά, μια θερμοδυναμική διαδικασία μπορεί να συμβεί σε σταθερή πίεση και στη συνέχεια ονομάζεται ισοβαρική.

Όταν συμβαίνει σε μια σταθερή θερμοκρασία, σε αυτή την περίπτωση λέγεται ότι είναι μια ισοθερμική διαδικασία. Εάν δεν υπάρχει ανταλλαγή θερμότητας μεταξύ του συστήματος και του περιβάλλοντος, τότε μιλάμε για αδιαβατικά. Από την άλλη πλευρά, όταν υπάρχει ένας σταθερός όγκος, η παραγόμενη διαδικασία ονομάζεται ισοχορική.

Στην περίπτωση της ισοχορικής διαδικασίας, μπορεί να επιβεβαιωθεί ότι σε αυτές τις διεργασίες η εργασία πίεσης-όγκου είναι μηδενική, αφού αυτό προκύπτει από τον πολλαπλασιασμό της πίεσης με την αύξηση του όγκου.

Επιπλέον, σε ένα διάγραμμα θερμοδυναμικής πίεσης-όγκου οι ισοχορικές διεργασίες εκπροσωπούνται με τη μορφή κατακόρυφης ευθείας γραμμής.

Ευρετήριο

  • 1 Τύποι και υπολογισμός
    • 1.1 Η πρώτη αρχή της θερμοδυναμικής
  • 2 Ημερήσια παραδείγματα
    • 2.1 Ο κύκλος του Otto
  • 3 Πρακτικά παραδείγματα
    • 3.1 Πρώτο παράδειγμα
    • 3.2 Δεύτερο παράδειγμα
  • 4 Αναφορές

Τύποι και υπολογισμοί

Η πρώτη αρχή της θερμοδυναμικής

Στη θερμοδυναμική το έργο υπολογίζεται ξεκινώντας από την ακόλουθη έκφραση:

W = P ∙ Δ V

Σε αυτή την έκφραση W είναι η εργασία που μετράται σε Joules, P η πίεση που μετράται σε Newton ανά τετραγωνικό μέτρο, και ΔV είναι η μεταβολή ή αύξηση του όγκου που μετράται σε κυβικά μέτρα.

Ομοίως, η γνωστή ως η πρώτη αρχή της θερμοδυναμικής δηλώνει ότι:

Δ U = Q - W

Στον εν λόγω τύπο W είναι η εργασία που πραγματοποιείται από το σύστημα ή από το σύστημα, Q είναι η θερμότητα που λαμβάνεται ή εκπέμπεται από το σύστημα, και Δ U είναι η εσωτερική διακύμανση της ενέργειας του συστήματος. Με την ευκαιρία αυτή τα τρία μεγέθη μετριούνται σε Joules.

Δεδομένου ότι σε μια ισοχορική διαδικασία η εργασία είναι άκυρη, προκύπτει ότι:

Δ U = QV    (δεδομένου ότι ΔV = 0 και κατά συνέπεια W = 0)

Δηλαδή, η εσωτερική διακύμανση της ενέργειας του συστήματος οφείλεται αποκλειστικά στην ανταλλαγή θερμότητας μεταξύ του συστήματος και του περιβάλλοντος. Σε αυτή την περίπτωση, η θερμότητα που μεταφέρεται ονομάζεται θερμότητα σε σταθερό όγκο.

Η θερμική ικανότητα ενός σώματος ή συστήματος προκύπτει από τη διαίρεση της ποσότητας ενέργειας με τη μορφή θερμότητας που μεταφέρεται σε ένα σώμα ή ένα σύστημα σε μια δεδομένη διαδικασία και την αλλαγή θερμοκρασίας που βιώνει.

Όταν η διαδικασία διεξάγεται σε σταθερό όγκο, η θερμική χωρητικότητα μιλάει σε σταθερό όγκο και συμβολίζεται με το Cv (μοριακή θερμική ικανότητα).

Θα εκπληρωθεί στην περίπτωση αυτή:

Qv = n ∙ Cv  ∙ ΔT

Σε αυτή την περίπτωση, n είναι ο αριθμός των γραμμομορίων, Cv είναι η προαναφερθείσα μοριακή θερμική χωρητικότητα σε σταθερό όγκο και ΔT είναι η αύξηση της θερμοκρασίας που παρατηρείται από το σώμα ή το σύστημα.

Καθημερινά παραδείγματα

Είναι εύκολο να φανταστεί κανείς μια ισοχορική διαδικασία, είναι μόνο απαραίτητο να σκεφτούμε μια διαδικασία που συμβαίνει σε σταθερό όγκο. δηλαδή, όπου ο περιέκτης που περιέχει το υλικό ή το σύστημα υλικού δεν αλλάζει σε όγκο.

Ένα παράδειγμα θα μπορούσε να είναι η περίπτωση ενός (ιδανικού) αερίου που περικλείεται σε κλειστό δοχείο, του οποίου ο όγκος δεν μπορεί να μεταβληθεί με κανένα μέσο στο οποίο παρέχεται θερμότητα. Υποθέστε την περίπτωση αερίου που περικλείεται σε φιάλη.

Με τη μεταφορά θερμότητας στο αέριο, όπως εξηγήθηκε ήδη, θα καταλήξει σε αύξηση ή αύξηση της εσωτερικής του ενέργειας.

Η αντίστροφη διαδικασία θα είναι αυτή ενός αερίου που περικλείεται σε ένα δοχείο του οποίου ο όγκος δεν μπορεί να τροποποιηθεί. Εάν το αέριο κρυώσει και εκπέμπει θερμότητα στο περιβάλλον, τότε η πίεση του αερίου θα μειωθεί και η τιμή της εσωτερικής ενέργειας του αερίου θα μειωθεί..

Ο ιδεώδης κύκλος Otto

Ο κύκλος Otto είναι μια ιδανική περίπτωση του κύκλου που χρησιμοποιούν οι βενζινοκινητήρες. Ωστόσο, η αρχική του χρήση ήταν σε μηχανές που χρησιμοποιούσαν φυσικό αέριο ή άλλα καύσιμα σε αέρια κατάσταση.

Εν πάση περιπτώσει, ο ιδανικός κύκλος του Otto είναι ένα ενδιαφέρον παράδειγμα για την ισοχορική διαδικασία. Εμφανίζεται όταν η καύση του μείγματος βενζίνης και αέρα λαμβάνει χώρα στιγμιαία σε μηχανή εσωτερικής καύσης..

Σε αυτή την περίπτωση, λαμβάνει χώρα μία αύξηση της θερμοκρασίας και της πίεσης του αερίου μέσα στον κύλινδρο, ο όγκος παραμένει σταθερός.

Πρακτικά παραδείγματα

Πρώτο παράδειγμα

Λαμβάνοντας υπόψη ένα (ιδανικό) αέριο που περικλείεται σε έναν κύλινδρο με ένα έμβολο, υποδείξτε εάν οι ακόλουθες περιπτώσεις είναι παραδείγματα ισοχορικών διεργασιών.

- Μια εργασία 500 J γίνεται με το αέριο.

Σε αυτή την περίπτωση δεν θα ήταν μια ισοχορική διαδικασία επειδή για να εκτελέσει μια εργασία στο αέριο είναι απαραίτητο να την συμπιέσει και επομένως να αλλάξει τον όγκο του.

- Το αέριο επεκτείνεται μετατοπίζοντας οριζόντια το έμβολο.

Και πάλι, δεν θα ήταν μια ισοχορική διαδικασία, δεδομένου ότι η επέκταση του αερίου συνεπάγεται μια μεταβολή του όγκου του.

- Το έμβολο του κυλίνδρου είναι σταθερό έτσι ώστε να μην μπορεί να μετατοπιστεί και το αέριο να ψύχεται.

Με την ευκαιρία αυτή, θα ήταν μια ισοοριστική διαδικασία, καθώς δεν θα υπήρχε κάποια μεταβολή του όγκου.

Δεύτερο παράδειγμα

Προσδιορίστε τη μεταβολή της εσωτερικής ενέργειας που θα αντιμετωπίσει ένα αέριο που περιέχεται σε ένα δοχείο με όγκο 10 λίτρων που υποβάλλεται σε πίεση 1 atm εάν η θερμοκρασία του αυξάνεται από 34ºC σε 60ºC σε ισοχορική διαδικασία γνωστή η ειδική μοριακή θερμότητα Γv = 2.5 ·R (όντας R = 8,31 J / mol · Κ).

Δεδομένου ότι πρόκειται για διαδικασία σταθερού όγκου, η μεταβολή της εσωτερικής ενέργειας θα συμβεί μόνο ως συνέπεια της θερμότητας που τροφοδοτείται στο αέριο. Αυτό καθορίζεται με τον ακόλουθο τύπο:

Qv = n ∙ Cv  ∙ ΔT

Για τον υπολογισμό της παρεχόμενης θερμότητας, είναι πρώτα απαραίτητο να υπολογιστούν οι γραμμομοριακές ποσότητες αερίου που περιέχονται στο δοχείο. Γι 'αυτό είναι απαραίτητο να στραφούμε στην εξίσωση των ιδανικών αερίων:

P ∙ V = n ∙ R ∙ T

Σε αυτή την εξίσωση η είναι ο αριθμός των γραμμομορίων, το R είναι μια σταθερά της οποίας η τιμή είναι 8,31 J / mol · Κ, Τ είναι η θερμοκρασία, Ρ είναι η πίεση στην οποία υποβάλλεται το αέριο που μετράται σε ατμόσφαιρες και το Τ είναι η θερμοκρασία μετρούμενη σε Kelvin.

Καθαρίστε n και παίρνετε:

n = R ∙ T / (P ∙ V) = 0, 39 moles

Έτσι ώστε:

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

Αναφορές

  1. Resnik, Halliday & Krane (2002). Φυσική Τόμος 1. Cecsa.
  2. Laider, Keith, J. (1993). Oxford University Press, ed. Ο κόσμος της φυσικής χημείας.
  3. Θερμοκρασία. (n.d.). Στη Βικιπαίδεια. Ανακτήθηκε στις 28 Μαρτίου 2018, από το en.wikipedia.org.
  4. Λανθάνουσα θερμότητα (n.d.). Στη Βικιπαίδεια. Ανακτήθηκε στις 28 Μαρτίου 2018, από το en.wikipedia.org.
  5. Ισοχορική διαδικασία. (n.d.). Στη Βικιπαίδεια. Ανακτήθηκε στις 28 Μαρτίου 2018, από το en.wikipedia.org.