Quá trình Isochoric: Công thức và Tính toán, Ví dụ hàng ngày
Một quá trình đẳng tích là bất kỳ quá trình nhiệt động nào trong đó thể tích không đổi. Các quá trình này thường được gọi là isometric hoặc isovolumic. Nói chung, một quá trình nhiệt động lực học có thể xảy ra ở áp suất không đổi và sau đó được gọi là đẳng áp.
Khi nó xảy ra ở nhiệt độ không đổi, trong trường hợp đó, nó được cho là một quá trình đẳng nhiệt. Nếu không có sự trao đổi nhiệt giữa hệ thống và môi trường, thì chúng ta sẽ nói về tin học. Mặt khác, khi có một khối lượng không đổi, quá trình được tạo ra được gọi là isochoric.
Trong trường hợp của quá trình đẳng tích, có thể khẳng định rằng trong các quy trình này, công việc thể tích áp suất là không, vì điều này dẫn đến việc nhân áp suất với sự tăng thể tích.
Ngoài ra, trong sơ đồ thể tích áp suất nhiệt động lực học, các quá trình đẳng tích được thể hiện dưới dạng một đường thẳng đứng.
Công thức và tính toán
Nguyên lý đầu tiên của nhiệt động lực học
Trong nhiệt động lực học, công việc được tính bắt đầu từ biểu thức sau:
W = P V
Trong biểu thức này, W là công việc được đo bằng Joules, P áp suất đo bằng Newton trên một mét vuông và ΔV là sự thay đổi hoặc tăng thể tích đo bằng mét khối.
Tương tự, nguyên tắc đầu tiên của nhiệt động lực học nói rằng:
U = Q - W
Trong công thức này W là công việc được thực hiện bởi hệ thống hoặc hệ thống, Q là nhiệt lượng mà hệ thống nhận hoặc phát ra và ΔU là biến thể năng lượng bên trong của hệ thống. Nhân dịp này, ba cường độ được đo bằng Joules.
Vì trong một quy trình đẳng thời, công việc là null, hóa ra đúng là:
U = Q V (kể từ, ΔV = 0, và do đó W = 0)
Đó là, sự biến đổi năng lượng bên trong của hệ thống chỉ là do sự trao đổi nhiệt giữa hệ thống và môi trường. Trong trường hợp này, nhiệt truyền được gọi là nhiệt ở thể tích không đổi.
Khả năng nhiệt của cơ thể hoặc hệ thống là kết quả của việc phân chia lượng năng lượng dưới dạng nhiệt truyền cho cơ thể hoặc hệ thống trong một quy trình nhất định và sự thay đổi nhiệt độ mà nó trải qua.
Khi quá trình được thực hiện ở âm lượng không đổi, công suất nhiệt được nói ở âm lượng không đổi và được ký hiệu là C v (công suất nhiệt mol).
Nó sẽ được thực hiện trong trường hợp đó:
Q v = n ∙ C v ∙ T
Trong tình huống này, n là số mol, C v là công suất nhiệt mol đã nói ở trên với thể tích không đổi và ΔT là mức tăng nhiệt độ mà cơ thể hoặc hệ thống trải qua.
Ví dụ hàng ngày
Thật dễ dàng để tưởng tượng một quá trình isochoric, chỉ cần nghĩ về một quá trình xảy ra ở khối lượng không đổi; nghĩa là, trong đó thùng chứa vật liệu hoặc hệ thống vật liệu không thay đổi về khối lượng.
Một ví dụ có thể là trường hợp khí (lý tưởng) được đặt trong một bình kín có thể thay đổi thể tích bằng bất kỳ phương tiện nào được cung cấp nhiệt. Giả sử trường hợp khí được bao trong chai.
Bằng cách truyền nhiệt cho khí, như đã giải thích, nó sẽ kết thúc bằng việc tăng hoặc tăng năng lượng bên trong của nó.
Quá trình ngược lại sẽ là một khí được đặt trong một thùng chứa có thể tích không thể thay đổi. Nếu khí nguội đi và tỏa nhiệt ra môi trường thì áp suất khí sẽ giảm và giá trị năng lượng bên trong của khí sẽ giảm.
Chu kỳ lý tưởng Otto
Chu trình Otto là một trường hợp lý tưởng của chu trình được sử dụng bởi động cơ xăng. Tuy nhiên, công dụng ban đầu của nó là trong các máy sử dụng khí tự nhiên hoặc nhiên liệu khác ở trạng thái khí.
Trong mọi trường hợp, chu trình lý tưởng của Otto là một ví dụ thú vị về quá trình đẳng tích. Nó xảy ra khi quá trình đốt cháy hỗn hợp xăng-không khí diễn ra tức thời trong động cơ đốt trong.
Trong trường hợp đó, sự gia tăng nhiệt độ và áp suất của khí bên trong xi lanh diễn ra, thể tích không đổi.
Ví dụ thực tế
Ví dụ đầu tiên
Cho một khí (lý tưởng) được bao trong một xi lanh có pít-tông, cho biết các trường hợp sau đây có phải là ví dụ về các quá trình đẳng tích hay không.
- Một công việc 500 J được thực hiện trên khí đốt.
Trong trường hợp này, nó sẽ không phải là một quá trình đẳng tích vì để thực hiện một công việc về khí, cần phải nén nó, và do đó, thay đổi thể tích của nó.
- Khí mở rộng bằng cách dịch chuyển theo chiều ngang của piston.
Một lần nữa, nó sẽ không phải là một quá trình đẳng tốc, vì sự giãn nở khí ngụ ý một sự thay đổi về thể tích của nó.
- Pít-tông của xi-lanh được cố định để không thể dịch chuyển và khí được làm mát.
Trong dịp này, nó sẽ là một quá trình đẳng tốc, vì sẽ không có sự thay đổi về âm lượng.
Ví dụ thứ hai
Xác định sự biến đổi năng lượng bên trong mà một chất khí chứa trong bình chứa có thể tích 10 L chịu áp suất 1 atm sẽ trải qua, nếu nhiệt độ của nó tăng từ 34 ºC đến 60 ºC trong một quá trình đẳng nhiệt, được biết là nhiệt dung riêng của mol = 2, 5 · R (trong đó R = 8, 31 J / mol · K).
Vì nó là một quá trình thể tích không đổi, sự biến đổi năng lượng bên trong sẽ chỉ xảy ra do hậu quả của nhiệt cung cấp cho khí. Điều này được xác định với công thức sau:
Q v = n ∙ C v ∙ T
Để tính toán lượng nhiệt cung cấp, trước tiên cần tính toán số mol khí chứa trong bình chứa. Đối với điều này, cần phải sử dụng phương trình của các khí lý tưởng:
P ∙ V = n ∙ R ∙ T
Trong phương trình này n là số mol, R là hằng số có giá trị là 8, 31 J / mol · K, T là nhiệt độ, P là áp suất mà khí đo trong khí quyển phải chịu và T là nhiệt độ được đo bằng Kelvin.
Xóa n và bạn nhận được:
n = R T / (P V) = 0, 39 mol
Vậy đó:
Δ U = Q V = n ∙ C v ∙ T = 0, 39 ∙ 2, 5 ∙ 8, 31 ∙ 26 = 210, 65 J
