İzokorik süreç, ideal bir gazın durumlarının nasıl değişebileceğini tanımlayan birkaç idealize edilmiş termodinamik süreçten biridir. Sabit hacimde kapalı bir kapta gazın davranışını tanımlar. Bu durumda enerji eklendiğinde sadece gazın sıcaklığı değişir; çevresine herhangi bir işlem yapmaz. Böylece hiçbir motor dönmez, piston hareket etmez ve hiçbir faydalı çıktı olmaz.
İzokorik Süreç Nedir?
Bir izokorik süreç (bazen izovolümetrik veya izometrik süreç olarak adlandırılır), sabit bir hacimde meydana gelen termodinamik bir süreçtir. Hacim değişmediği için basınç ve sıcaklık arasındaki ilişki sabit bir değerde kalır.
Bu, ideal gaz yasasıyla başlayarak anlaşılabilir:
PV = nRT
Nerede P gazın mutlak basıncı, V hacimdir, n gaz miktarıdır, $ ideal gaz sabitidir (8.31 J/mol K) ve T sıcaklıktır.
Hacim sabit tutulduğunda, bu yasa, P için T ayrıca bir sabit olmalıdır:
\frac {P}{T} = \text {sabit}
Basınç ve sıcaklık arasındaki oranın bu matematiksel ifadesi olarak bilinir. Gay-Lussac Yasasıadını 1800'lerin başında bulan Fransız kimyagerden alıyor. Bazen basınç yasası olarak da adlandırılan bu yasanın bir başka sonucu da, tahmin etme yeteneğidir. Aşağıdaki denklemi kullanarak izokorik işlemlerden geçen ideal gazlar için sıcaklıklar ve basınçlar:
\frac {P_1}{T_1} = \frac {P_2}{T_2}
Nerede P1 ve T1 gazın ilk basıncı ve sıcaklığıdır ve P2 ve T2 nihai değerlerdir.
Bir basınç-sıcaklık grafiğinde veya bir PV diyagramında, bir izokorik süreç dikey bir çizgi ile temsil edilir.
Teflon (PTFE), tepkimeye girmeyen, gezegendeki en kaygan maddedir ve birçok uygulama alanı vardır. havacılıktan yemek pişirmeye kadar endüstriler, izokorik bir sonuçtan kaynaklanan tesadüfi bir keşifti. süreç. 1938'de DuPont kimyager Roy Plunkett, depolamak için bir grup küçük silindir kurmuştu. Tetrafloroetilen gazı, soğutma teknolojilerinde kullanım için, daha sonra aşırı derecede soğutuldu. düşük sıcaklık.
Plunkett daha sonra bir tanesini açmaya gittiğinde, silindirin kütlesi değişmemiş olmasına rağmen gaz çıkmadı. İncelemek için tüpü keserek açtı ve daha sonra son derece yararlı ticari özelliklere sahip olduğu kanıtlanan beyaz bir tozla kaplandığını gördü.
Gay-Lussac Yasasına göre, sıcaklık hızla düştüğünde, gazda bir faz değişikliği başlatmak için basınç da arttı.
İzokorik Süreçler ve Termodinamiğin Birinci Yasası
Termodinamiğin birinci yasası, bir sistemin iç enerjisindeki değişimin sisteme eklenen ısıdan sistem tarafından yapılan işin çıkarılmasına eşit olduğunu belirtir. (Başka bir deyişle, enerji girdisi eksi enerji çıktısı.)
İdeal bir gazın yaptığı iş, gazın basıncı ile hacimdeki değişiminin çarpımı veya P olarak tanımlanır.ΔV (veya PdV). Hacim değiştiği için ΔV, izokorik bir süreçte sıfırdır, ancak gaz tarafından hiçbir iş yapılmaz.
Bu nedenle, gazın iç enerjisindeki değişim, eklenen ısı miktarına eşittir.
Bir örnek neredeyse izokorik süreç bir düdüklü tenceredir. Mühür kapatıldığında, içindeki hacim değişemez, bu nedenle ısı eklendiğinde hem basınç hem de sıcaklık hızla artar. Gerçekte, düdüklü tencereler biraz genişler ve üstteki bir valften bir miktar gaz salınır.
Isı Motorlarında İzokorik İşlemler
Isı motorları, bir tür iş yapmak için ısı transferini kullanan cihazlardır. Kendilerine eklenen ısı enerjisini mekanik enerjiye veya harekete dönüştürmek için döngüsel bir sistem kullanırlar. Örnekler arasında buhar türbinleri ve otomotiv motorları sayılabilir.
İzokorik işlemler birçok yaygın ısı motorunda kullanılmaktadır. Otto Döngüsüörneğin, araba motorlarında ateşleme sırasında ısı transferi sürecini, güç strokunu tanımlayan bir termodinamik çevrimdir. arabayı hareket ettirmek için motor pistonlarını hareket ettirmek, ısıyı serbest bırakmak ve pistonları başlangıçlarına geri döndürmek için sıkıştırma stroku pozisyonlar.
Otto Döngüsü'nde birinci ve üçüncü adımlar, yani ısının eklenmesi ve serbest bırakılması, izokorik süreçler olarak kabul edilir. Döngü, gazın hacminde herhangi bir değişiklik olmaksızın, ısı değişikliklerinin anında gerçekleştiğini varsayar. Böylece araç üzerinde sadece güç ve kompresyon strok evrelerinde iş yapılır.
Otto çevrimini kullanan bir ısı makinesinin yaptığı iş, diyagramdaki eğrinin altındaki alan ile temsil edilir. Bu, ısı ekleme ve salıvermenin izokorik süreçlerinin meydana geldiği (dikey çizgiler) sıfırdır.
Bunun gibi izokorik süreçler genellikle geri döndürülemez süreçlerdir. Bir kez ısı eklendiğinde, sistemi eski haline döndürmenin tek yolu ısıyı bir şekilde iş yaparak uzaklaştırmaktır.
Diğer Termodinamik Prosesler
İzokorik süreçler, bilim adamları ve mühendisler için yararlı olan gazların davranışını tanımlayan birkaç idealleştirilmiş termodinamik süreçten sadece biridir.
Sitede başka yerlerde daha ayrıntılı olarak tartışılan diğerlerinden bazıları şunlardır:
izobarik süreç: Bu, sabit bir basınçta meydana gelir ve bir ocakta su kaynatmak, bir kibrit yakmak veya hava soluyan jet türbinlerinde dahil olmak üzere birçok gerçek yaşam örneğinde yaygındır. Bunun nedeni, çoğunlukla, birinin makarna yaptığı mutfak gibi yerel bir alanda Dünya atmosferinin basıncının çok fazla değişmemesidir. İdeal gaz yasasının geçerli olduğunu varsayarsak, sıcaklığın hacme bölümü, izobarik bir süreç için sabit bir değerdir.
izotermal süreç: Bu, sabit bir sıcaklıkta gerçekleşir. Örneğin, bir tencerenin tepesinden kaynayan su gibi bir faz değişimi sırasında sıcaklık sabittir. Buzdolapları ayrıca izotermal işlemler kullanır ve endüstriyel bir uygulama Carnot Engine'dir. Böyle bir işlem yavaştır çünkü toplam sıcaklığı sabit tutmak için eklenen ısı iş olarak kaybedilen ısıya eşit olmalıdır. İdeal gaz yasasının geçerli olduğunu varsayarsak, basınç çarpı hacim bir izotermal süreç için sabit bir değerdir.
Adyabatik süreç: Gaz veya sıvı hacim değiştirdiği için çevre ile ısı veya malzeme alışverişi olmaz. Bunun yerine, adyabatik bir süreçteki tek çıktı iştir. Adyabatik bir sürecin meydana gelebileceği iki durum vardır. Her iki durumda da, süreç, ısının tüm sistemin içine veya dışına aktarılması için çok hızlı gerçekleşir; bir gaz motorunun sıkıştırma darbesi veya çok iyi yalıtılmış bir kapta meydana gelir, ısı geçemez engel hiç.
Burada açıklanan diğer termodinamik süreçler gibi, hiçbir süreç gerçekten adyabatik değildir, ancak bu ideale yaklaşmak fizik ve mühendislikte faydalıdır. Örneğin kompresörler, türbinler ve diğer termodinamik makineler için ortak bir karakterizasyon adyabatiktir. verimlilik: Makinenin ürettiği fiili işin, gerçek bir teste tabi tutulduğunda ne kadar iş çıkaracağına oranı. Adyabatik süreç.