Η Ισοχωρική Διαδικασία
Μια ισοχορική διεργασία είναι μια θερμοδυναμική διαδικασία κατά την οποία ο όγκος παραμένει σταθερός. Δεδομένου ότι ο όγκος είναι σταθερός, το σύστημα δεν λειτουργεί και W =0. ("W" είναι η συντομογραφία της εργασίας.) Αυτή είναι ίσως η πιο εύκολη από τις θερμοδυναμικές μεταβλητές στον έλεγχο, καθώς μπορεί να ληφθεί τοποθετώντας το σύστημα σε σφραγισμένο δοχείο που ούτε διαστέλλεται ούτε συστέλλεται.
Πρώτος νόμος της θερμοδυναμικής
Για να κατανοήσετε την ισοχορική διαδικασία, πρέπει να κατανοήσετε τον πρώτο νόμο της θερμοδυναμικής, ο οποίος λέει:
"Η αλλαγή στην εσωτερική ενέργεια ενός συστήματος είναι ίση με τη διαφορά μεταξύ της θερμότητας που προστίθεται στο σύστημα από το περιβάλλον του και της εργασίας που γίνεται από το σύστημα στο περιβάλλον του."
Εφαρμόζοντας τον πρώτο νόμο της θερμοδυναμικής σε αυτήν την κατάσταση, διαπιστώνετε ότι:
δέλτα-Από το δέλτα-U είναι η αλλαγή στην εσωτερική ενέργεια και Q είναι η μεταφορά θερμότητας μέσα ή έξω από το σύστημα, βλέπετε ότι όλη η θερμότητα είτε προέρχεται από εσωτερική ενέργεια είτε πηγαίνει στην αύξηση της εσωτερικής ενέργειας.
Σταθερός όγκος
Είναι δυνατή η εκτέλεση εργασιών σε ένα σύστημα χωρίς αλλαγή της έντασης, όπως στην περίπτωση ανάδευσης ενός υγρού. Ορισμένες πηγές χρησιμοποιούν το "ισοχωρικό" σε αυτές τις περιπτώσεις για να σημαίνει "μηδενική εργασία" ανεξάρτητα από το αν υπάρχει αλλαγή στον όγκο ή όχι. Στις περισσότερες απλές εφαρμογές, ωστόσο, αυτή η απόχρωση δεν χρειάζεται να ληφθεί υπόψη — εάν ο όγκος παραμένει σταθερός καθ' όλη τη διάρκεια της διαδικασίας, πρόκειται για μια ισοχορική διαδικασία.
Παράδειγμα Υπολογισμού
Ο ιστότοπος Nuclear Power, ένας δωρεάν, μη κερδοσκοπικός διαδικτυακός ιστότοπος που δημιουργήθηκε και συντηρείται από μηχανικούς, παρέχει ένα παράδειγμα υπολογισμού που περιλαμβάνει την ισοχορική διαδικασία.
Υποθέστε μια ισοχορική προσθήκη θερμότητας σε ένα ιδανικό αέριο. Σε ένα ιδανικό αέριο, τα μόρια δεν έχουν όγκο και δεν αλληλεπιδρούν. Σύμφωνα με τον νόμο του ιδανικού αερίου, η πίεση ποικίλλει γραμμικά με τη θερμοκρασία και την ποσότητα και αντίστροφα με τον όγκο. Ο βασικός τύπος θα ήταν:
pV =nRT
όπου:
- p είναι η απόλυτη πίεση του αερίου
- n είναι η ποσότητα της ουσίας
- Τ είναι η απόλυτη θερμοκρασία
- V είναι ο τόμος
- R είναι η ιδανική, ή καθολική, σταθερά αερίου ίση με το γινόμενο της σταθεράς Boltzmann και της σταθεράς Avogadro
- Κ είναι η επιστημονική συντομογραφία του Kelvin
Σε αυτήν την εξίσωση το σύμβολο R είναι μια σταθερά που ονομάζεται καθολική σταθερά αερίου και έχει την ίδια τιμή για όλα τα αέρια—δηλαδή, R =8,31 Joule/mole K.
Η ισοχορική διεργασία μπορεί να εκφραστεί με τον νόμο του ιδανικού αερίου ως:
p/T =σταθερά
Εφόσον η διεργασία είναι ισοχωρική, dV =0, το έργο πίεσης-όγκου είναι ίσο με μηδέν. Σύμφωνα με το μοντέλο του ιδανικού αερίου, η εσωτερική ενέργεια μπορεί να υπολογιστεί ως εξής:
∆U =m cv ∆T
όπου η ιδιότητα cv Το (J/mole K) αναφέρεται ως ειδική θερμότητα (ή θερμοχωρητικότητα) σε σταθερό όγκο, επειδή υπό ορισμένες ειδικές συνθήκες (σταθερός όγκος) συσχετίζει τη μεταβολή της θερμοκρασίας ενός συστήματος με την ποσότητα ενέργειας που προστίθεται από τη μεταφορά θερμότητας.
Δεδομένου ότι δεν γίνεται καμία εργασία από ή πάνω στο σύστημα, ο πρώτος νόμος της θερμοδυναμικής υπαγορεύει ∆U =∆Q. Επομένως:
Q = m cv ∆T
