صيغ عملية Isochoric وحساب التفاضل والتكامل ، أمثلة يومية

ل عملية Isochoric إنها كل العملية الديناميكية الحرارية التي يظل حجمها ثابتًا. وغالبا ما تسمى هذه العمليات أيضا متساوي القياس أو isovolumic. بشكل عام ، يمكن أن تحدث عملية الديناميكا الحرارية عند ضغط ثابت ثم تسمى isobaric.

عندما يحدث في درجة حرارة ثابتة ، في هذه الحالة يقال إنها عملية متساوية الحرارة. إذا لم يكن هناك تبادل حراري بين النظام والبيئة ، فإننا نتحدث عن adiabatics. من ناحية أخرى ، عندما يكون هناك حجم ثابت ، فإن العملية المولدة تسمى isochoric.

في حالة العملية isochoric ، يمكن التأكيد على أن حجم الضغط في هذه العمليات لاغٍ ، لأن هذا ينتج عن مضاعفة الضغط بزيادة الحجم.

بالإضافة إلى ذلك ، في مخطط حجم الضغط الديناميكي ، يتم تمثيل العمليات المتساوية في شكل خط مستقيم عمودي.

مؤشر

• 1 الصيغ والحساب
  • 1.1 المبدأ الأول للديناميكا الحرارية
• 2 أمثلة يومية
  • 2.1 دورة أوتو المثالية
• 3 أمثلة عملية
  • 3.1 المثال الأول
  • 3.2 المثال الثاني
• 4 المراجع

الصيغ والحساب

المبدأ الأول للديناميكا الحرارية

في الديناميكا الحرارية ، يتم حساب العمل بدءًا من التعبير التالي:

W = P ∙ Δ V

في هذا التعبير ، W هو العمل المقاس بالجول ، P الضغط المقاس بوحدة نيوتن للمتر المربع ، و ΔV هو التباين أو الزيادة في الحجم المقاس بالمتر المكعب.

وبالمثل ، ينص المبدأ المعروف باسم أول مبدأ للديناميكا الحرارية على ما يلي:

Δ U = Q - W

في الصيغة المذكورة هي العمل الذي يقوم به النظام أو على النظام ، Q هي الحرارة التي يستقبلها النظام أو ينبعث منها ، و Δ يو هذا هو تباين الطاقة الداخلية للنظام. في هذه المناسبة تقاس الأحجام الثلاثة في جول.

نظرًا لأن العمل في أيزوكوريك باطل ، يتبع ذلك:

Δ U = س_V    (منذ ذلك ، ΔV = 0 ، وبالتالي W = 0)

أي أن التباين الداخلي للطاقة في النظام يرجع فقط إلى تبادل الحرارة بين النظام والبيئة. في هذه الحالة ، تسمى الحرارة المنقولة الحرارة بحجم ثابت.

تنتج القدرة الحرارية للجسم أو النظام عن تقسيم كمية الطاقة في شكل حرارة تنتقل إلى جسم أو نظام في عملية معينة وتغير درجة الحرارة الذي يمر به.

عندما يتم تنفيذ العملية في حجم ثابت ، يتم نطق السعة الحرارية بمستوى ثابت ويتم الإشارة إليها بواسطة C_الخامس (السعة الحرارية المولية).

سيتم الوفاء بها في هذه الحالة:

Q_الخامس = ن س_الخامس  . ΔT

في هذه الحالة ، n هو عدد الشامات ، C_الخامس هي السعة الحرارية المولية المذكورة أعلاه في حجم ثابت و ΔT هي الزيادة في درجة الحرارة التي يعاني منها الجسم أو النظام.

أمثلة يومية

من السهل أن نتخيل عملية متلازمة ، من الضروري فقط التفكير في عملية تحدث في حجم ثابت ؛ وهذا هو ، حيث الحاوية التي تحتوي على المسألة أو نظام المواد لا يتغير في الحجم.

مثال على ذلك هو حالة غاز (مثالي) محاط بحاوية مغلقة لا يمكن تغيير حجمها بأي وسيلة يتم تزويد الحرارة بها. افترض حالة وجود غاز محاط في زجاجة.

عن طريق نقل الحرارة إلى الغاز ، كما هو موضح بالفعل ، سينتهي به الأمر إلى زيادة أو زيادة في الطاقة الداخلية.

ستكون العملية العكسية هي تلك الخاصة بالغاز الموجود في حاوية لا يمكن تعديل حجمها. إذا كان الغاز يبرد ويطلق حرارة على البيئة ، فسيقل ضغط الغاز وستنخفض قيمة الطاقة الداخلية للغاز..

دورة أوتو المثالية

دورة أوتو هي حالة مثالية للدورة التي تستخدمها محركات البنزين. ومع ذلك ، كان استخدامه الأولي في الآلات التي تستخدم الغاز الطبيعي أو أنواع الوقود الأخرى في حالة غازية.

في أي حال ، تعتبر دورة أوتو المثالية مثالًا مثيرًا للاهتمام على العملية المتساوية. ويحدث ذلك عندما يتم احتراق خليط البنزين والجو على الفور في محرك احتراق داخلي..

في هذه الحالة ، تحدث زيادة في درجة الحرارة وضغط الغاز داخل الأسطوانة ، ويظل الحجم ثابتًا.

أمثلة عملية

المثال الأول

بالنظر إلى غاز (مثالي) محاط بأسطوانة بمكبس ، يرجى الإشارة إلى ما إذا كانت الحالات التالية هي أمثلة على العمليات المتساوية.

- يتم عمل 500 J على الغاز.

في هذه الحالة ، لن تكون عملية isochoric لأنه لأداء عمل على الغاز ، من الضروري ضغطه ، وبالتالي تغيير حجمه.

- الغاز يتوسع عن طريق تشريد المكبس أفقيا.

مرة أخرى ، لن تكون عملية isochoric ، بالنظر إلى أن توسيع الغاز ينطوي على تباين في حجمه.

- يتم تثبيت مكبس الأسطوانة بحيث لا يمكن إزاحته ويتم تبريد الغاز.

في هذه المناسبة ، ستكون عملية isochoric ، لأنه لن يكون هناك اختلاف في الحجم.

المثال الثاني

حدد تباين الطاقة الداخلية التي سيشهدها غاز موجود في حاوية بحجم 10 ليتر يتعرض لضغط من 1 متر ، إذا ارتفعت درجة حرارته من 34 درجة مئوية إلى 60 درجة مئوية في عملية متساوية اللون ، تعرف الحرارة المولية المحددة له C_الخامس = 2.5 ·R (يجري R = 8.31 J / mol · K).

نظرًا لأنها عملية حجم ثابت ، لن يحدث تباين الطاقة الداخلية إلا نتيجة للحرارة التي يتم توفيرها للغاز. يتم تحديد ذلك بالصيغة التالية:

Q_الخامس = ن س_الخامس  . ΔT

من أجل حساب الحرارة الموردة ، من الضروري أولاً حساب مولات الغاز الموجودة في الحاوية. لهذا من الضروري اللجوء إلى معادلة الغازات المثالية:

P ∙ V = n ∙ R ∙ T

في هذه المعادلة n هو عدد المولات ، R ثابت ، قيمته 8.31 J / mol · K ، T هي درجة الحرارة ، P هو الضغط الذي يتعرض له الغاز المقاس في الغلاف الجوي و T هي درجة الحرارة تقاس في كلفن.

مسح n وتحصل على:

n = R ∙ T / (P ∙ V) = 0 ، 39 مول

بحيث:

Δ U = س_V  = ن س_الخامس  ∙ ΔT = 0.39 ∙ 2.5 ∙ 8.31 ∙ 26 = 210.65 J

مراجع

1. Resnik ، Halliday & Krane (2002). الفيزياء المجلد 1. Cecsa.
2. Laider، Keith، J. (1993). مطبعة جامعة أكسفورد ، أد. عالم الكيمياء الفيزيائية.
3. قدرة الحرارة. (بدون تاريخ). في ويكيبيديا. تم الاسترجاع في 28 مارس 2018 ، من en.wikipedia.org.
4. الحرارة الكامنة (بدون تاريخ). في ويكيبيديا. تم الاسترجاع في 28 مارس 2018 ، من en.wikipedia.org.
5. عملية Isochoric. (بدون تاريخ). في ويكيبيديا. تم الاسترجاع في 28 مارس 2018 ، من en.wikipedia.org.