กระบวนการไอโซโคริกเป็นหนึ่งในกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์ในอุดมคติหลายประการ ซึ่งอธิบายว่าสถานะของก๊าซในอุดมคติสามารถเปลี่ยนแปลงได้อย่างไร อธิบายพฤติกรรมของก๊าซในภาชนะปิดที่ปริมาตรคงที่ ในสถานการณ์นี้ เมื่อเพิ่มพลังงาน อุณหภูมิของแก๊สจะเปลี่ยนแปลงเท่านั้น มันไม่ทำงานในสภาพแวดล้อมของมัน ดังนั้นจึงไม่มีมอเตอร์หมุน ไม่มีลูกสูบเคลื่อนที่ และไม่มีเอาต์พุตที่เป็นประโยชน์เกิดขึ้น
กระบวนการ Isochoric คืออะไร?
กระบวนการ isochoric (บางครั้งเรียกว่า isovolumetric หรือ isometric process) เป็นกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์ที่เกิดขึ้นที่ปริมาตรคงที่ เนื่องจากปริมาตรไม่เปลี่ยนแปลง ความสัมพันธ์ระหว่างความดันและอุณหภูมิจึงรักษาค่าคงที่
สามารถเข้าใจได้โดยเริ่มจากกฎของแก๊สในอุดมคติ:
PV = nRT
ที่ไหน พี คือความดันสัมบูรณ์ของแก๊ส วี คือปริมาณ น คือปริมาณก๊าซ R คือค่าคงที่แก๊สในอุดมคติ (8.31 J/mol K) และ ตู่ คืออุณหภูมิ
เมื่อปริมาตรคงที่ กฎนี้สามารถจัดเรียงใหม่เพื่อแสดงว่าอัตราส่วนของ พี ถึง ตู่ ต้องเป็นค่าคงที่ด้วย:
\frac {P}{T} = \text {constant}
นิพจน์ทางคณิตศาสตร์ของอัตราส่วนระหว่างความดันและอุณหภูมินี้เรียกว่า กฎของเกย์-ลูสแซก
\frac {P_1}{T_1} = \frac {P_2}{T_2}
ที่ไหน พี1 และ ตู่1 คือความดันและอุณหภูมิเริ่มต้นของก๊าซ และ พี2 และ ตู่2 เป็นค่าสุดท้าย
บนกราฟของความดันเทียบกับอุณหภูมิ หรือแผนภาพ PV กระบวนการไอโซโคริกจะแสดงด้วยเส้นแนวตั้ง
เทฟลอน (PTFE) ซึ่งเป็นสารที่ไม่ทำปฏิกิริยาและมีความลื่นมากที่สุดในโลก อุตสาหกรรมตั้งแต่การบินและอวกาศไปจนถึงการทำอาหาร เป็นการค้นพบโดยบังเอิญที่เกิดจาก isochoric กระบวนการ. ในปี ค.ศ. 1938 Roy Plunkett นักเคมีของดูปองท์ได้ตั้งถังขนาดเล็กจำนวนหนึ่งเพื่อจัดเก็บ ก๊าซเตตระฟลูออโรเอทิลีน สำหรับใช้ในเทคโนโลยีทำความเย็น ซึ่งเขาทำให้เย็นลงอย่างมาก อุณหภูมิต่ำ.
เมื่อ Plunkett ไปเปิดในภายหลัง ไม่มีก๊าซออกมา แม้ว่ามวลของกระบอกสูบจะไม่เปลี่ยนแปลง เขาเปิดหลอดเพื่อตรวจสอบและเห็นผงสีขาวเคลือบอยู่ข้างใน ซึ่งต่อมาพิสูจน์ได้ว่ามีคุณสมบัติทางการค้าที่มีประโยชน์อย่างมาก
ตามกฎของ Gay-Lussac เมื่ออุณหภูมิลดลงอย่างรวดเร็ว ความดันในการเริ่มต้นการเปลี่ยนแปลงเฟสในแก๊สก็เช่นกัน
กระบวนการไอโซคอริกและกฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์
กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์ระบุว่าการเปลี่ยนแปลงของพลังงานภายในของระบบเท่ากับความร้อนที่เพิ่มเข้าไปในระบบลบด้วยงานที่ทำโดยระบบ (กล่าวคือ พลังงานที่ป้อนเข้าลบพลังงานออก)
งานที่ทำโดยก๊าซในอุดมคติหมายถึงความดันคูณด้วยการเปลี่ยนแปลงของปริมาตรหรือ PΔวี (หรือ PdV) เพราะเสียงเปลี่ยน ΔV เป็นศูนย์ในกระบวนการ isochoric อย่างไรก็ตาม แก๊สไม่ได้ทำงาน
ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในของก๊าซจึงเท่ากับปริมาณความร้อนที่เพิ่มเข้ามา
ตัวอย่างของ เกือบ กระบวนการ isochoric เป็นหม้อหุงความดัน เมื่อปิดสนิท ปริมาตรภายในจะไม่เปลี่ยนแปลง ดังนั้นเมื่อเพิ่มความร้อน ความดันและอุณหภูมิจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ในความเป็นจริง หม้ออัดแรงดันขยายตัวเล็กน้อย และก๊าซบางส่วนถูกปล่อยออกจากวาล์วด้านบน
กระบวนการ Isochoric ในเครื่องยนต์ความร้อน
เครื่องยนต์ความร้อนเป็นอุปกรณ์ที่ควบคุมการถ่ายเทความร้อนเพื่อทำงานบางอย่าง พวกเขาใช้ระบบวัฏจักรเพื่อแปลงพลังงานความร้อนที่เพิ่มให้เป็นพลังงานกลหรือการเคลื่อนไหว ตัวอย่าง ได้แก่ กังหันไอน้ำและเครื่องยนต์ยานยนต์
กระบวนการ Isochoric ใช้ในเครื่องยนต์ความร้อนทั่วไปหลายชนิด อ็อตโต ไซเคิลตัวอย่างเช่น เป็นวัฏจักรอุณหพลศาสตร์ในเครื่องยนต์รถยนต์ที่อธิบายกระบวนการถ่ายเทความร้อนระหว่างการจุดระเบิด จังหวะกำลัง การเคลื่อนลูกสูบของเครื่องยนต์เพื่อให้รถวิ่ง การปล่อยความร้อน และจังหวะการอัดจะทำให้ลูกสูบกลับสู่จุดเริ่มต้น ตำแหน่ง
ในวงจรอ็อตโต ขั้นตอนที่หนึ่งและสาม การเพิ่มและการปล่อยความร้อนถือเป็นกระบวนการไอโซโคริก วัฏจักรถือว่าการเปลี่ยนแปลงความร้อนเกิดขึ้นทันที โดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงในปริมาตรของก๊าซ ดังนั้น การทำงานจะกระทำบนยานพาหนะในระหว่างขั้นตอนกำลังและจังหวะการอัดเท่านั้น
งานที่ทำโดยเครื่องทำความร้อนโดยใช้วงจรอ็อตโตแสดงด้วยพื้นที่ใต้เส้นโค้งในแผนภาพ นี่คือศูนย์ที่กระบวนการไอโซโคริกของการเติมและปล่อยความร้อนเกิดขึ้น (เส้นแนวตั้ง)
กระบวนการ Isochoric เช่นนี้มักเป็นกระบวนการที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ เมื่อเพิ่มความร้อนแล้ว วิธีเดียวที่จะทำให้ระบบกลับสู่สถานะเดิมคือการกำจัดความร้อนด้วยการทำงาน
กระบวนการทางอุณหพลศาสตร์อื่นๆ
กระบวนการไอโซคอริกเป็นเพียงหนึ่งในหลาย ๆ กระบวนการทางอุณหพลศาสตร์ในอุดมคติที่อธิบายพฤติกรรมของก๊าซที่เป็นประโยชน์ต่อนักวิทยาศาสตร์และวิศวกร
คนอื่น ๆ บางส่วนที่กล่าวถึงในรายละเอียดเพิ่มเติมที่อื่น ๆ ในเว็บไซต์ ได้แก่ :
กระบวนการไอโซบาริก: สิ่งนี้เกิดขึ้นที่แรงดันคงที่และพบได้บ่อยในตัวอย่างในชีวิตจริงหลายๆ ตัวอย่าง รวมถึงการต้มน้ำบนเตา การจุดไม้ขีด หรือในกังหันไอพ่นที่หายใจด้วยอากาศ ทั้งนี้เพราะโดยส่วนใหญ่แล้ว ความกดดันของชั้นบรรยากาศของโลกไม่ได้เปลี่ยนแปลงมากนักในพื้นที่ท้องถิ่น เช่น ห้องครัวที่มีคนทำพาสต้า สมมติว่าใช้กฎของแก๊สในอุดมคติ อุณหภูมิหารด้วยปริมาตรจะเป็นค่าคงที่สำหรับกระบวนการไอโซบาริก
กระบวนการไอโซเทอร์มอล: สิ่งนี้เกิดขึ้นที่อุณหภูมิคงที่ ตัวอย่างเช่น ระหว่างการเปลี่ยนเฟส เช่น น้ำเดือดจากด้านบนของหม้อ อุณหภูมิจะคงที่ ตู้เย็นยังใช้กระบวนการไอโซเทอร์มอลและการประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมคือเครื่องยนต์คาร์โนต์ กระบวนการดังกล่าวช้าเพราะความร้อนที่เติมต้องเท่ากับความร้อนที่สูญเสียไปในการทำงานเพื่อให้อุณหภูมิโดยรวมคงที่ สมมติว่าใช้กฎของแก๊สในอุดมคติ ความดันคูณปริมาตรเป็นค่าคงที่สำหรับกระบวนการไอโซเทอร์มอล
กระบวนการอะเดียแบติก: ไม่มีการแลกเปลี่ยนความร้อนหรือวัสดุกับสภาพแวดล้อมเนื่องจากก๊าซหรือของเหลวเปลี่ยนแปลงปริมาตร ผลลัพธ์เพียงอย่างเดียวในกระบวนการอะเดียแบติกคืองาน มีสองกรณีที่กระบวนการอะเดียแบติกอาจเกิดขึ้น กระบวนการนี้เกิดขึ้นเร็วเกินไปสำหรับความร้อนที่จะถ่ายเทเข้าหรือออกจากทั้งระบบ เช่น ในระหว่าง จังหวะการอัดของเครื่องยนต์แก๊ส หรือเกิดขึ้นในภาชนะที่หุ้มฉนวนอย่างดีจนไม่สามารถผ่าน cross สิ่งกีดขวางเลย
เช่นเดียวกับกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์อื่นๆ ที่อธิบายไว้ในที่นี้ ไม่มีกระบวนการใดที่เป็นอะเดียแบติกอย่างแท้จริง แต่การเปรียบเทียบกับอุดมคตินี้มีประโยชน์ในด้านฟิสิกส์และวิศวกรรม ตัวอย่างเช่น ลักษณะทั่วไปของคอมเพรสเซอร์ เทอร์ไบน์ และเครื่องเทอร์โมไดนามิกส์อื่นๆ คือ อะเดียแบติก ประสิทธิภาพ: อัตราส่วนของงานจริงที่เครื่องส่งออกไปยังปริมาณงานที่จะส่งออกหากได้รับค่าจริง กระบวนการอะเดียแบติก