- Formulas un aprēķins
- Pirmais termodinamikas princips
El ciclo ideal Otto
- Ejemplos prácticos
- Primer ejemplo
- Segundo ejemplo
- Referencias
El ciclo ideal OttoIsochoric process ir jebkurš termodinamisks process, kurā apjoms paliek nemainīgs. Šos procesus bieži sauc arī par izometriskiem vai izovolumetriskiem. Parasti termodinamiskais process var notikt pie pastāvīga spiediena, un pēc tam to sauc par izobāru.
Kad tas notiek nemainīgā temperatūrā, tādā gadījumā tiek uzskatīts, ka tas ir izotermisks process. Ja starp sistēmu un vidi nav siltuma apmaiņas, to sauc par adiabātisko. No otras puses, ja pastāv nemainīgs tilpums, ģenerēto procesu sauc par izohorisku.
Izohora procesa gadījumā var apgalvot, ka šajos procesos spiediena un tilpuma darbs ir nulle, jo tas rodas no spiediena reizināšanas ar tilpuma palielināšanos.
Turklāt termodinamiskajā spiediena un tilpuma diagrammā izohoriskie procesi tiek attēloti vertikālas taisnas līnijas veidā.
Formulas un aprēķins
Pirmais termodinamikas princips
Termodinamikā darbu aprēķina no šādas izteiksmes:
W = P ∙ ∆ V
Šajā izteiksmē W ir darbs, kas izmērīts džoulos, P spiediens, kas mērīts ņūtonos uz kvadrātmetru, un ∆ V ir tilpuma izmaiņas vai palielināšanās, ko mēra kubikmetros.
Tāpat tā sauktais pirmais termodinamikas princips nosaka, ka:
∆ U = Q - W
Šajā formulā W ir sistēmas vai sistēmas veikts darbs, Q ir sistēmas saņemtais vai izstarotais siltums, un ∆ U ir sistēmas iekšējās enerģijas izmaiņas. Šoreiz trīs magnitūdas tiek mērītas džoulos.
Tā kā izohoriskā procesā darbs nav spēkā, izrādās, ka:
∆ U = Q V (kopš ∆ V = 0, tātad W = 0)
Citiem vārdiem sakot, sistēmas iekšējās enerģijas izmaiņas ir saistītas tikai ar siltuma apmaiņu starp sistēmu un vidi. Šajā gadījumā nodoto siltumu sauc par nemainīga tilpuma siltumu.
Original text
 encerrado en un recipiente cerrado cuyo volumen no se puede alterar por ningún medio al que se le suministra calor. Supóngase el caso de un gas encerrado en una botella.</p>
<p>Al transferirle calor al gas, como ya se ha explicado, acabará redundando en un incremento o aumento de su energía interna.</p>
<p>El proceso inverso sería el de un gas encerrado en un recipiente cuyo volumen no se puede modificar. Si el gas se enfría y cede calor al ambiente, entonces se reduciría la presión del gas y el valor de la energía interna del gas disminuiría.</p>
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El ciclo ideal Otto
El ciclo de Otto es un caso ideal del ciclo que utilizan las máquinas de gasolina. Sin embargo, su utilización inicial fue en las máquinas que empleaban gas natural u otro tipo de combustibles en estado gaseoso.
En cualquier caso, el ciclo ideal de Otto es un ejemplo interesante de proceso isocórico. Se produce cuando en un automóvil de combustión interna tiene lugar de forma instantánea la combustión de la mezcla de gasolina y aire.
En ese caso, tiene lugar un aumento de la temperatura y de la presión del gas dentro del cilindro, permaneciendo el volumen constante.
Ejemplos prácticos
Primer ejemplo
Dado un gas (ideal) encerrado en un cilindro provisto de un pistón, indique si los siguientes casos son ejemplos de procesos isocóricos.
– Se realiza un trabajo de 500 J sobre el gas.
En este caso no sería un proceso isocórico porque para realizar un trabajo sobre el gas es necesario comprimirlo, y por tanto, alterar su volumen.
– El gas se expande desplazando horizontalmente el pistón.
Nuevamente no sería un proceso isocórico, dado que la expansión del gas implica una variación de su volumen.
– Se fija el pistón del cilindro para que no se pueda desplazar y se enfría el gas.
En esta ocasión sí que se trataría de un proceso isocórico, puesto que no se daría una variación de volumen.
Segundo ejemplo
Determine la variación de energía interna que experimentará un gas contenido en un recipiente con un volumen de 10 L sometido a 1 atm de presión, si su temperatura se eleva desde 34 ºC hasta 60 ºC en un proceso isocórico, conocido su calor específico molar Cv = 2.5· R (siendo R = 8.31 J/mol·K).
Dado que se trata de un proceso a volumen constante, la variación de energía interna únicamente se producirá como consecuencia del calor suministrado al gas. Este se determina con la siguiente fórmula:
Qv = n ∙ Cv ∙ ∆T
Para poder calcular el calor suministrado, en primer lugar es necesario calcular los moles de gas contenidos en el recipiente. Para ello se hace necesario recurrir a la ecuación de los gases ideales:
P ∙ V = n ∙ R ∙ T
En esta ecuación n es el número de moles, R es una constante cuyo valor es 8,31 J/mol·K, T es la temperatura, P es la presión a la que está sometido el gas medida en atmósferas y T es la temperatura medida en Kelvin.
Se despeja n y se obtiene:
n = R ∙ T / (P ∙ V ) = 0, 39 moles
De modo que:
∆ U = QV = n ∙ Cv ∙ ∆T = 0,39 ∙2,5 ∙ 8,31 ∙ 26 = 210,65 J
Referencias
- Resnik, Halliday & Krane (2002). Física Volumen 1 . Cecsa.
- Laider, Keith, J. (1993). Oxford University Press, ed. The World of Physical Chemistry .
- Heat Capacity. (n.d.). In Wikipedia. Recuperado el 28 de marzo, 2018, desde en.wikipedia.org.
- Latent Heat. (n.d.). In Wikipedia. Recuperado el 28 de marzo, 2018, desde en.wikipedia.org.
- Isochoric Process. (n.d.). In Wikipedia. Recuperado el 28 de marzo, 2018, desde en.wikipedia.org.