Изохорски процеси: дефиниција, једначина и примери

Изохорни процес је један од неколико идеализованих термодинамичких процеса који описују како се стања идеалног гаса могу мењати. Описује понашање гаса у затвореној посуди при константној запремини. У овој ситуацији, када се дода енергија, мења се само температура гаса; не ради на својој околини. Дакле, ниједан мотор се не окреће, ниједан се клип не помера и не дешава се корисни излаз.

Изохорни процес, (који се понекад назива изоволуметријски или изометријски процес) је термодинамички процес који се јавља у константној запремини. Пошто се запремина не мења, однос између притиска и температуре одржава константну вредност.

То се може разумети започињањем закона о идеалном гасу:

ПВ = нРТ

Где П. је апсолутни притисак гаса, В. је запремина, н је количина гаса, Р. је идеална гасна константа (8,31 Ј / мол К), и Т. је температура.

Када се запремина држи константном, овај закон се може преуредити да покаже да однос П. до Т. такође мора бити константа:

Овај математички израз односа између притиска и температуре познат је као Гаи-Луссац-ов закон, назван тако по француском хемичару који га је смислио почетком 1800-их. Још један исход овог закона, који се понекад назива и законом притиска, јесте способност предвиђања температуре и притисци за идеалне гасове који пролазе кроз изохорне процесе користећи следећу једначину:

Где П.₁ и Т.₁ су почетни притисак и температура гаса, и П.₂ и Т.₂ су коначне вредности.

На графикону притиска у односу на температуру или ПВ дијаграму, изохорни процес је представљен вертикалном линијом.

Тефлон (ПТФЕ), нереактивна, најсклизава супстанца на планети, која се примењује код многих индустрије од ваздухопловства до кувања, било је случајно откриће које је произашло из изохоре процес. 1938. ДуПонтов хемичар Рои Плункетт поставио је гомилу малих цилиндара за складиштење тетрафлуоретилен гас, за употребу у расхладним технологијама, који је затим изузетно охладио ниске температуре.

Када је Плункетт касније отворио један, није излазио гас, иако се маса цилиндра није променила. Отворио је цев да истражи и угледао је бели прах који је премазао унутрашњост, а за коју се касније показало да има изузетно корисна комерцијална својства.

Према Геј-Лусаковом закону, када се температура брзо смањивала, падао је и притисак да се покрене фазна промена у гасу.

Први закон термодинамике каже да је промена унутрашње енергије система једнака топлоти која се додаје систему умањена за рад система. (Другим речима, унос енергије умањен за излаз енергије.)

Посао који обавља идеалан гас дефинише се као његов притисак помножен са променом запремине или ПΔВ (или ПдВ). Јер се јачина звука мења ΔВ је нула у изохорном процесу, међутим гас не ради.

Отуда је промена унутрашње енергије гаса једноставно једнака количини додане топлоте.

Пример а скоро изохорски поступак је шпорет под притиском. Када је затворено затворено, запремина унутра не може да се мења, па се при додавању топлоте и притисак и температура брзо повећавају. У ствари се шпорети под притиском мало шире, а из вентила на врху се испушта мало гаса.

Топлотни мотори су уређаји који користе пренос топлоте за обављање неке врсте посла. Користе циклични систем за претварање додате топлотне енергије у механичку енергију или кретање. Примери укључују парне турбине и аутомобилске моторе.

Изохорски процеси се користе у многим уобичајеним топлотним машинама. Тхе Отто Цицле, на пример, је термодинамички циклус у моторима аутомобила који описује процес преноса топлоте током паљења, удар снаге померање клипова мотора да би аутомобил кренуо, ослобађање топлоте и ход компресије враћајући клипове у њихово покретање положаје.

У Отто-овом циклусу, први и трећи корак, додавање и ослобађање топлоте, сматрају се изохорним процесима. Циклус претпоставља да се промене топлоте јављају тренутно, без промене запремине гаса. Дакле, на возилу се ради само у фазама снаге и такта компресије.

Посао који ради топлотна машина користећи Оттов циклус представљен је површином испод криве на дијаграму. Ово је нула када се јављају изохорни процеси додавања и ослобађања топлоте (вертикалне линије).

Овакви изохорски процеси су углавном неповратни процеси. Једном када се дода топлота, једини начин да се систем врати у првобитно стање је уклањање топлоте некако обављањем посла.

Изохорски процеси су само један од неколико идеализованих термодинамичких процеса који описују понашање гасова корисних научницима и инжењерима.

Неки од осталих о којима се детаљније расправља на другим местима на веб локацији укључују:

Изобарски процес: То се дешава под константним притиском и често је у многим примерима из стварног живота, укључујући кључање воде на шпорету, паљење шибице или у млазним турбинама које дишу ваздух. То је зато што се притисак Земљине атмосфере углавном не мења много у локалном подручју, попут кухиње у којој неко прави тестенине. Под претпоставком да се примењује закон о идеалном гасу, температура подељена запремином је константна вредност за изобарни процес.

Изотермни процес: Ово се дешава при константној температури. На пример, током фазне промене као што је вода која кључа са врха лонца, температура је стабилна. Фрижидери такође користе изотермне процесе, а индустријска примена је Царнот Енгине. Такав поступак је спор јер додата топлота мора бити једнака топлоти изгубљеној током рада како би се одржала укупна температура константном. Под претпоставком да се примењује закон о идеалном гасу, притисак у запремини је константна вредност за изотермни процес.

Адијабатски процес: Не постоји размена топлоте или материјала са околином јер гас или течност мењају запремину. Уместо тога, једини излаз у адијабатском процесу је рад. Постоје два случаја у којима се може догодити адијабатски процес. Било како, процес се дешава пребрзо да би топлота прешла у или из целог система, на пример током удар компресије бензинског мотора или се догоди у контејнеру који је тако добро изолован да топлота не може да пређе баријера уопште.

Као и други термодинамички процеси који су овде објашњени, ни један процес није заиста адијабатски, али приближавање овом идеалу корисно је у физици и инжењерству. На пример, уобичајена карактеристика компресора, турбина и других термодинамичких машина је адијабатска ефикасност: Однос стварног рада који машина произведе и оног рада који би произвела да је подвргнута истини адијабатски процес.