- Formüller ve hesaplama
- Termodinamiğin ilk prensibi
El ciclo ideal Otto
- Ejemplos prácticos
- Primer ejemplo
- Segundo ejemplo
- Referencias
El ciclo ideal OttoBir izokorik işlem hacmi sabit kaldığı bir termodinamik bir süreçtir. Bu süreçlere genellikle izometrik veya izovolümetrik de denir. Genel olarak, bir termodinamik süreç sabit basınçta meydana gelebilir ve daha sonra izobarik olarak adlandırılır.
Sabit sıcaklıkta meydana geldiğinde, bu durumda izotermal bir süreç olduğu söylenir. Sistem ile çevre arasında ısı alışverişi yoksa buna adyabatik denir. Öte yandan, sabit bir hacim olduğunda, üretilen sürece izokorik denir.
İzokorik işlem durumunda, bu işlemlerde basınç-hacim işinin sıfır olduğu söylenebilir, çünkü bu, basıncın hacimdeki artışla çarpılmasından kaynaklanır.
Ayrıca, bir termodinamik basınç-hacim diyagramında izokorik süreçler dikey bir düz çizgi şeklinde temsil edilir.
Formüller ve hesaplama
Termodinamiğin ilk prensibi
Termodinamikte iş, aşağıdaki ifadeden hesaplanır:
W = P ∙ ∆ V
Bu ifadede W, Joule cinsinden ölçülen iştir, P metre kare başına Newton cinsinden ölçülen basınçtır ve ∆ V, metreküp cinsinden ölçülen hacimdeki değişim veya artıştır.
Benzer şekilde, termodinamiğin sözde ilk ilkesi şunu belirler:
∆ U = Q - W
Bu formülde, W, sistem tarafından veya sistem üzerinde yapılan iştir, Q, sistem tarafından alınan veya yayılan ısıdır ve system U, sistemin iç enerjisindeki değişimdir. Bu sefer üç büyüklük Joule cinsinden ölçülür.
Eşzamanlı bir süreçte iş boş olduğundan, şu ortaya çıkıyor:
∆ U = Q V (çünkü, ∆ V = 0 ve dolayısıyla W = 0)
Başka bir deyişle, sistemin iç enerji değişimi, yalnızca sistem ve çevre arasındaki ısı değişiminden kaynaklanmaktadır. Bu durumda aktarılan ısıya sabit hacim ısısı denir.
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.