Ізохорний процес є будь-яким термодинамічних процесом , в якому обсяг залишається постійним. Ці процеси часто також називають ізометричними або ізолюметричними. Взагалі термодинамічний процес може відбуватися при постійному тиску і тоді називається ізобарічним.

Коли це відбувається при постійній температурі, то в цьому випадку це називається ізотермічним процесом. Якщо між системою та навколишнім середовищем немає теплообміну, то це називається адіабатичним. З іншого боку, коли існує постійний об'єм, генерований процес називається ізохорним.

У випадку ізохорного процесу можна констатувати, що в цих процесах робота тиску-об’єму дорівнює нулю, оскільки це є наслідком множення тиску на збільшення об’єму.

Крім того, на термодинамічній діаграмі тиску-об’єму ізохорні процеси представлені у вигляді вертикальної прямої.

Формули та розрахунок

Перший принцип термодинаміки

У термодинаміці робота обчислюється з наступного виразу:

W = P ∙ ∆ V

У цьому виразі W - робота, виміряна в джоулях, P - тиск, виміряний у ньютонах на квадратний метр, і ∆ V - зміна або збільшення об’єму, виміряне в кубічних метрах.

Так само, так званий перший принцип термодинаміки встановлює, що:

∆ U = Q - W

У цій формулі W - робота, виконана системою або над системою, Q - тепло, отримане або виділене системою, і ∆ U - зміна внутрішньої енергії системи. Цього разу три величини вимірюються в джоулях.

Оскільки в ізохорному процесі робота є нульовою, виходить, що:

∆ U = Q _V (оскільки, ∆ V = 0, і тому W = 0)

Іншими словами, внутрішня зміна енергії системи обумовлена ​​виключно теплообміном між системою та навколишнім середовищем. У цьому випадку передане тепло називається постійним об'ємним теплом.

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 C_v = 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:

Q_v = n ∙ C_v ∙ ∆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 = Q_V = n ∙ C_v ∙ ∆T = 0,39 ∙2,5 ∙ 8,31 ∙ 26 = 210,65 J

Referencias

1. Resnik, Halliday & Krane (2002). Física Volumen 1 . Cecsa.
2. Laider, Keith, J. (1993). Oxford University Press, ed. The World of Physical Chemistry .
3. Heat Capacity. (n.d.). In Wikipedia. Recuperado el 28 de marzo, 2018, desde en.wikipedia.org.
4. Latent Heat. (n.d.). In Wikipedia. Recuperado el 28 de marzo, 2018, desde en.wikipedia.org.
5. Isochoric Process. (n.d.). In Wikipedia. Recuperado el 28 de marzo, 2018, desde en.wikipedia.org.