İzokforik İşlem: Formüller ve Analiz, Günlük Örnekler

İzoforik bir işlem, hacminin sabit kaldığı herhangi bir termodinamik işlemdir. Bu işlemlere sıklıkla izometrik veya izovolümik de denir. Genel olarak, sabit basınçta bir termodinamik işlem meydana gelebilir ve daha sonra izobarik olarak adlandırılır.

Sabit bir sıcaklıkta meydana geldiğinde, bu durumda izotermal bir işlem olduğu söylenir. Sistem ve çevre arasında ısı değişimi yoksa, adyabatikten söz ediyoruz. Öte yandan, sabit bir hacim olduğunda, üretilen prosese izoforik denir.

İzoforik bir işlem söz konusu olduğunda, bu işlemlerde basınç-hacim çalışmasının boş olduğu doğrulanabilir, çünkü bu, basıncı hacimdeki artışla çarpmaktan kaynaklanır.

Ek olarak, bir termodinamik basınç-hacim şemasında, izoforik işlemler dikey bir düz çizgi şeklinde temsil edilir.

Formüller ve hesaplama

Termodinamiğin ilk prensibi

Termodinamikte, çalışma aşağıdaki ifadeden başlayarak hesaplanır:

W = P ∙ Δ V

Bu ifadede W, Joule cinsinden ölçülen iş, P metre cinsinden Newton cinsinden ölçülen basınç ve ΔV, metreküp cinsinden ölçülen hacimdeki değişim veya artıştır.

Aynı şekilde, termodinamiğin ilk prensibi olarak bilinen, şunu ifade eder:

= U = Q - W

Bu formülde W, sistem veya sistem tarafından yapılan çalışmadır, Q sistem tarafından alınan veya yayılan ısıdır ve sistemin dahili enerji değişkenidir. Bu vesileyle, üç büyüklük Joule cinsinden ölçülür.

İzokforik bir süreçte çalışma boş olduğundan, bunun doğru olduğu ortaya çıkar:

Δ U = Q V (çünkü, ΔV = 0 ve bu nedenle W = 0)

Diğer bir deyişle, sistemin iç enerji değişimi yalnızca sistem ve çevre arasındaki ısı değişiminden kaynaklanmaktadır. Bu durumda, aktarılan ısıya sabit hacimde ısı denir.

Bir vücudun veya sistemin ısı kapasitesi, belirli bir süreçte vücuda veya sisteme aktarılan ısı formundaki enerji miktarını ve bunun yaşadığı sıcaklık değişimini bölmekten kaynaklanır.

İşlem sabit hacimde gerçekleştirildiğinde, ısı kapasitesi sabit hacimde konuşulur ve C v (molar ısı kapasitesi) ile gösterilir.

Bu durumda yerine getirilecektir:

Q v = n ∙ C v ∙ ΔT

Bu durumda n, mol sayısıdır, Cv, sabit hacimde yukarıda bahsedilen molar ısı kapasitesidir ve ΔT, vücut veya sistem tarafından yaşanan sıcaklık artışıdır.

Günlük örnekler

İzokforik bir işlemi hayal etmek kolaydır, sadece sabit hacimde meydana gelen bir işlemi düşünmek gerekir; yani, malzeme veya sistemi içeren kabın hacmi değişmez.

Bir örnek, hacmi, ısının sağlandığı herhangi bir yöntemle değiştirilemeyen kapalı bir kap içine alınmış bir gaz (ideal) olabilir. Bir şişeye alınmış bir gazın varsayalım.

Isıyı gaza transfer ederek, daha önce açıklandığı gibi, iç enerjisinde bir artış veya artışla sonuçlanacaktır.

Tersine işlem, hacmi değiştirilemeyen bir kaba yerleştirilmiş bir gazın işlemidir. Gaz soğuduğunda ve çevreye ısı verirse, gaz basıncı düşecek ve gazın iç enerjisinin değeri düşecektir.

Otto ideal döngüsü

Otto çevrimi, benzinli motorlar tarafından kullanılan çevrim için ideal bir durumdur. Bununla birlikte, ilk kullanımı doğal gaz veya gaz halindeki diğer yakıtları kullanan makinelerde oldu.

Her durumda, Otto'nun ideal döngüsü, izoforik sürecin ilginç bir örneğidir. Benzinli hava karışımının yanması, içten yanmalı bir motorda anında gerçekleştiğinde meydana gelir.

Bu durumda, sıcaklık ve silindir içindeki gazın basıncında bir artış meydana gelir, hacim sabit kalır.

Pratik örnekler

İlk örnek

Pistonlu bir silindire konulmuş (ideal) bir gaz verildiğinde, aşağıdaki durumların izokoreik işlemlerin örnekleri olup olmadığını belirtin.

- Gaz üzerinde 500 J'lık bir çalışma yapıldı.

Bu durumda izoforik bir işlem olmaz çünkü gazla ilgili bir iş yapmak için onu sıkıştırmak ve dolayısıyla hacmini değiştirmek gerekir.

- Pistonun yatay olarak yerinden çıkması ile gaz genleşir.

Yine, gaz genişlemesi hacminin bir değişimini ima ettiğinden, izokforik bir işlem olmaz.

- Silindirin pistonu yerinden çıkmayacak şekilde sabitlenir ve gaz soğutulur.

Bu vesileyle, izokforik bir süreç olacaktır, çünkü hacimde bir değişiklik olmaz.

İkinci örnek

Isokorik bir işlem sırasında sıcaklığı 34 heatC'den 60 ºC'ye yükselirse, 10 L hacimli bir kapta bulunan bir gazın, molar spesifik ısı Cv olarak bilinen iç enerji değişimini tespit edeceğini = 2.5 · R (burada R = 8.31 J / mol · K).

Sabit hacimli bir işlem olduğundan, iç enerji değişimi yalnızca gaza verilen ısının bir sonucu olarak gerçekleşir. Bu, aşağıdaki formülle belirlenir:

Q v = n ∙ C v ∙ ΔT

Sağlanan ısıyı hesaplamak için önce kapta bulunan gazın molünü hesaplamak gerekir. Bunun için ideal gazların denklemine başvurmak gerekir:

P ∙ V = n ∙ R ∙ T

Bu denklemde n mol sayısıdır, R değeri 8.31 J / mol · K, T sıcaklıktır, P atmosferde ölçülen gazın maruz kaldığı ve T sıcaklıktır. Kelvin cinsinden ölçülür.

Temizle n ve olsun:

n = R ∙ T / (P ∙ V) = 0, 39 mol

Öyleyse:

Δ U = Q V = n ∙ C v ∙ ΔT = 0, 39 ∙ 2, 5 ∙ 8, 31 ∙ 26 = 210, 65 J