Processus isocorique

Qu'est-ce qu'un processus isocorique?

UN Processus isocorique C'est tout processus thermodynamique dans lequel le volume reste constant. Ces processus reçoivent souvent le nom de l'isométrique ou. En général, un processus thermodynamique peut se produire à pression constante et est ensuite appelée isobare.

Quand il se produit à température constante, dans ce cas, il est dit qu'il s'agit d'un processus isotherme. S'il n'y a pas d'échange de chaleur entre le système et l'environnement, alors il y a des. D'un autre côté, lorsqu'il y a un volume constant, le processus généré est appelé isococ.

Dans le cas du processus isocorique, on peut affirmer que dans ces processus, le travail de volume de pression est vide, car cela résulte de la multiplication de la pression par l'augmentation du volume.

De plus, dans un diagramme de volume de pression thermodynamique, les processus isocoriques sont représentés sous la forme d'une ligne droite verticale.

Formules et calcul

Le premier principe de la thermodynamique

Dans la thermodynamique, le travail est calculé à partir de l'expression suivante:

W = p ∙ ∆ v

Dans cette expression, w est l'œuvre mesurée en joules, p la pression mesurée à Newton par mètre carré, et ∆ V est la variation ou l'augmentation du volume mesurée en mètres cubes.

De même, le premier principe de la thermodynamique établit que:

∆ U = Q - W

Dans cette formule, c'est le travail effectué par le système ou sur le système, qui est la chaleur reçue ou émise par le système, et ∆ U C'est la variation énergétique interne du système. À cette occasion, les trois amplitudes sont mesurées en joules.

Étant donné que dans un processus isocorique, le travail est nul, il s'avère qu'il est accompli que:

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∆ u = q_V    (Depuis, ∆ v = 0, et donc w = 0)

C'est-à-dire que la variation énergétique interne du système n'est due qu'à l'échange de chaleur entre le système et l'environnement. Dans ce cas, la chaleur transférée est appelée chaleur à un volume constant.

Capacité thermique à un volume constant

La capacité thermique d'un corps ou d'un système résulte de la division de la quantité d'énergie sous forme de chaleur transférée dans un corps ou un système dans un processus donné et le changement de température subi par le même.

Lorsque le processus est effectué à un volume constant, il est parlé de la capacité thermique à un volume constant et est indiqué par C_V (capacité thermique molaire).

Il sera rempli dans ce cas:

Q_V = N ∙ c_V  ∙ ∆T

Dans cette situation, n est le nombre de moles, c_V C'est la molaire de capacité thermique susmentionnée au volume constant et ∆t est l'augmentation de la température connue par le corps ou le système.

Exemples quotidiens de processus isocoriques

Il est facile d'imaginer un processus isocorique, il est nécessaire de penser à un processus qui se produit à un volume constant; c'est-à-dire dans lequel le conteneur qui contient le matériau ou le système de matériau ne modifie pas le volume.

Un exemple pourrait être le cas (idéal) verrouillé dans un récipient fermé dont le volume ne peut être modifié par tous les moyens de chaleur fournie. Supposons le cas d'un gaz verrouillé dans une bouteille.

En transférant la chaleur au gaz, comme déjà expliqué, il finira par entraîner une augmentation ou une augmentation de son énergie interne.

Le processus inverse serait celui d'un gaz enfermé dans un conteneur dont le volume ne peut pas être modifié. Si le gaz se refroidit et donne de la chaleur à l'environnement, alors la pression du gaz et la valeur de l'énergie interne du gaz diminueraient serait réduite.

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Le cycle idéal Otto

Le cycle Otto est un cas idéal du cycle utilisé par les machines à essence. Cependant, son utilisation initiale était dans les machines qui utilisaient du gaz naturel ou d'autres carburants dans un état gazeux.

Dans tous les cas, le cycle idéal d'Otto est un exemple intéressant du processus isocorique. Il se produit lorsque dans une voiture à combustion interne, la combustion du mélange d'essence et d'air a lieu instantanément.

Dans ce cas, une augmentation de la température et de la pression de gaz dans le cylindre a lieu, restant le volume constant.

Exemples pratiques

Premier exemple

Étant donné un gaz (idéal) verrouillé dans un cylindre fourni avec un piston, indiquez si les cas suivants sont des exemples de processus isocoriques.

- Un travail de 500 J sur le gaz est terminé.

Dans ce cas, ce ne serait pas un processus isocorique car pour faire un travail sur le gaz, il est nécessaire de le comprimer et de modifier son volume.

- Le gaz étend horizontalement le piston.

Encore une fois, ce ne serait pas un processus isocorique, car l'expansion du gaz implique une variation de son volume.

- Le piston du cylindre est fixé pour que le gaz ne puisse pas être déplacé et le gaz est refroidi.

À cette occasion, ce serait un processus isocorique, car il n'y aurait pas de variation de volume.

Deuxième exemple

Déterminer la variation de l'énergie interne qui connaîtra un gaz contenu dans un récipient avec un volume de 10 L soumis à 1 atm de pression, si sa température passe de 34 ºC à 60 ° C dans un processus isocorique, connu sa chaleur molaire de chaleur spécifique C_V = 2.5 ·R (être R = 8.31 J / mol · k).

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Puisqu'il s'agit d'un processus de volume constant, la variation d'énergie interne ne se produira que à la suite de la chaleur fournie au gaz. Ceci est déterminé avec la formule suivante:

Q_V = N ∙ c_V  ∙ ∆T

Afin de calculer la chaleur fournie, il est d'abord nécessaire de calculer les moles de gaz contenus dans le récipient. Pour cela, il est nécessaire de recourir à l'équation des gaz idéaux:

P ∙ v = n ∙ r ∙ t

Dans cette équation n est le nombre de moles, R est une constante dont la valeur est de 8,31 J / mol · k, t est la température, p est la pression à laquelle le gaz mesuré dans les atmosphères et t est soumis et t est la température mesurée à Kelvin.

Il est effacé et obtenu:

n = r ∙ t / (p ∙ v) = 0, 39 moles

De sorte que:

∆ u = q_V  = N ∙ c_V  ∙ ∆t = 0,39 ∙ 2,5 ∙ 8,31 ∙ 26 = 210,65 J