Proses Isokorik: Rumus dan Kalkulus, Contoh Harian

Proses isokorik adalah proses termodinamika di mana volumenya tetap konstan. Proses-proses ini sering juga disebut isometrik atau isovolum. Secara umum, proses termodinamika dapat terjadi pada tekanan konstan dan kemudian disebut isobarik.

Ketika itu terjadi pada suhu konstan, dalam hal ini dikatakan proses isotermal. Jika tidak ada pertukaran panas antara sistem dan lingkungan, maka kita berbicara tentang adiabatik. Di sisi lain, ketika ada volume konstan, proses yang dihasilkan disebut isochoric.

Dalam kasus proses isochoric, dapat ditegaskan bahwa dalam proses ini kerja volume tekanan adalah nol, karena ini hasil dari mengalikan tekanan dengan peningkatan volume.

Selain itu, dalam diagram volume tekanan termodinamik, proses isokorik direpresentasikan dalam bentuk garis lurus vertikal.

Rumus dan perhitungan

Prinsip pertama termodinamika

Dalam termodinamika pekerjaan dihitung mulai dari ekspresi berikut:

W = P ∙ Δ V

Dalam ungkapan ini W adalah pekerjaan yang diukur dalam Joule, P tekanan diukur dalam Newton per meter persegi, dan ΔV adalah variasi atau peningkatan volume yang diukur dalam meter kubik.

Demikian juga, yang dikenal sebagai prinsip pertama termodinamika menyatakan bahwa:

Δ U = Q - W

Dalam rumus ini W adalah pekerjaan yang dilakukan oleh sistem atau sistem, Q adalah panas yang diterima atau dipancarkan oleh sistem, dan ΔU adalah variasi energi internal dari sistem. Pada kesempatan ini, tiga besaran diukur dalam Joule.

Karena dalam proses isochoric pekerjaannya nol, ternyata benar bahwa:

Δ U = _QV (karena, ΔV = 0, dan karenanya W = 0)

Artinya, variasi energi internal sistem semata-mata karena pertukaran panas antara sistem dan lingkungan. Dalam hal ini, panas yang ditransfer disebut panas pada volume konstan.

Kapasitas panas tubuh atau sistem dihasilkan dari pembagian jumlah energi dalam bentuk panas yang ditransfer ke tubuh atau sistem dalam proses tertentu dan perubahan suhu yang dialami olehnya.

Ketika proses dilakukan pada volume konstan, kapasitas panas diucapkan pada volume konstan dan dilambangkan dengan _Cv (kapasitas panas molar).

Itu akan dipenuhi dalam hal itu:

Q _v = n ∙ C _v ∙ ΔT

Dalam situasi ini, n adalah jumlah mol, _Cv adalah kapasitas panas molar yang disebutkan di atas pada volume konstan dan increaseT adalah kenaikan suhu yang dialami oleh tubuh atau sistem.

Contoh harian

Sangat mudah untuk membayangkan proses isokorik, hanya perlu memikirkan proses yang terjadi pada volume konstan; yaitu, di mana wadah yang berisi bahan material atau sistem tidak berubah volumenya.

Contohnya adalah tabung gas (ideal) yang tertutup dalam wadah tertutup yang volumenya tidak dapat diubah dengan cara apa pun yang memasok panas. Asumsikan kotak gas tertutup dalam botol.

Dengan memindahkan panas ke gas, seperti yang sudah dijelaskan, itu akan berakhir dengan peningkatan atau peningkatan energi internal.

Proses sebaliknya akan berupa gas yang tertutup dalam wadah yang volumenya tidak dapat dimodifikasi. Jika gas mendingin dan memberi panas pada lingkungan, maka tekanan gas akan berkurang dan nilai energi internal gas akan berkurang.

Siklus ideal Otto

Siklus Otto adalah kasus ideal dari siklus yang digunakan oleh mesin bensin. Namun, penggunaan awalnya adalah di mesin yang menggunakan gas alam atau bahan bakar lainnya dalam kondisi gas.

Bagaimanapun, siklus ideal Otto adalah contoh yang menarik dari proses isokorik. Ini terjadi ketika pembakaran campuran bensin-udara terjadi secara instan dalam mesin pembakaran internal.

Dalam hal ini, peningkatan suhu dan tekanan gas di dalam silinder terjadi, volume tetap konstan.

Contoh-contoh praktis

Contoh pertama

Diberikan gas (ideal) yang tertutup dalam sebuah silinder dengan piston, tunjukkan apakah kasus-kasus berikut adalah contoh dari proses isokorik.

- Pekerjaan 500 J dilakukan pada gas.

Dalam hal ini itu bukan proses isokorik karena untuk melakukan pekerjaan pada gas perlu untuk menekannya, dan oleh karena itu, mengubah volumenya.

- Gas mengembang dengan memindahkan piston secara horizontal.

Sekali lagi, ini bukan proses isochoric, karena ekspansi gas menyiratkan variasi volumenya.

- Piston silinder dipasang sehingga tidak dapat dipindahkan dan gas didinginkan.

Pada kesempatan ini, ini akan menjadi proses isochoric, karena tidak akan ada variasi volume.

Contoh kedua

Tentukan variasi energi internal yang akan dialami oleh gas yang terkandung dalam wadah dengan volume 10 L yang dikenai tekanan 1 atm, jika suhunya naik dari 34 ºC menjadi 60 ºC dalam proses isokorik, yang dikenal dengan panas spesifik molar C _v = 2.5 · R (di mana R = 8.31 J / mol · K).

Karena ini adalah proses volume yang konstan, variasi energi internal hanya akan terjadi sebagai akibat dari panas yang dipasok ke gas. Ini ditentukan dengan rumus berikut:

Q _v = n ∙ C _v ∙ ΔT

Untuk menghitung panas yang dipasok, pertama-tama perlu untuk menghitung mol gas yang terkandung dalam wadah. Untuk ini perlu untuk menggunakan persamaan gas ideal:

P ∙ V = n ∙ R ∙ T

Dalam persamaan ini n adalah jumlah mol, R adalah konstanta yang nilainya 8, 31 J / mol · K, T adalah suhu, P adalah tekanan di mana gas yang diukur dalam atmosfer dikenai dan T adalah suhu diukur dalam Kelvin.

Hapus n dan Anda mendapatkan:

n = R ∙ T / (P ∙ V) = 0, 39 mol

Jadi itu:

Δ U = Q _V = n ∙ C _v ∙ ΔT = 0.39 ∙ 2.5 ∙ 8.31 ∙ 26 = 210.65 J