- Képletek és számítás
- A termodinamika első alapelve
El ciclo ideal Otto
- Ejemplos prácticos
- Primer ejemplo
- Segundo ejemplo
- Referencias
El ciclo ideal OttoAz izokorikus folyamat bármely olyan termodinamikai folyamat, amelyben a térfogat állandó marad. Ezeket a folyamatokat gyakran izometrikusnak vagy izovolumetrikusnak is nevezik. Általában a termodinamikai folyamat állandó nyomáson megy végbe, majd izobárnak nevezik.
Ha állandó hőmérsékleten fordul elő, abban az esetben izoterm folyamatnak mondják. Ha nincs hőcsere a rendszer és a környezet között, akkor adiabatikusnak nevezik. Másrészt, ha állandó térfogat van, a generált folyamatot izokorikusnak nevezik.
Az izokorikus eljárás esetében kijelenthető, hogy ezekben a folyamatokban a nyomás-térfogat munka nulla, mivel ennek eredménye a nyomás szorozása a térfogat növekedésével.
Ezenkívül egy termodinamikai nyomás-térfogat diagramban az izokorikus folyamatokat függőleges egyenes formájában mutatjuk be.
Képletek és számítás
A termodinamika első alapelve
A termodinamika során a munkát a következő kifejezés alapján számítják ki:
W = P ∙ ∆ V
Ebben a kifejezésben W a Joule-ban mért munka, P a Newtonban mért négyzetméteren mért nyomás, és ∆ V a térfogat köbméterben mért változása vagy növekedése.
Hasonlóképpen, a termodinamika úgynevezett első elve megállapítja, hogy:
∆ U = Q - W
Ebben a képletben W a rendszer által vagy a rendszeren végzett munka, Q a rendszer által vett vagy kibocsátott hő, ∆ U a rendszer belső energiájának változása. Ezúttal a három magnitúdót Joules-ban mérjük.
Mivel egy izokorikus folyamatban a munka nulla, kiderül, hogy:
∆ U = Q V (mivel, ∆ V = 0, tehát W = 0)
Más szóval, a rendszer belső energiájának ingadozása kizárólag a hő és a rendszer és a környezet közötti cseréje miatt következik be. Ebben az esetben az átadott hőt állandó térfogatú hőnek nevezzük.
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.