กระบวนการ isochoricเป็นกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์ใด ๆ ในปริมาณที่คงที่ กระบวนการเหล่านี้มักเรียกว่าไอโซเมตริกหรือไอโซโวลูมิเมตริก โดยทั่วไปแล้วกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์สามารถเกิดขึ้นได้ที่ความดันคงที่และเรียกว่าไอโซบาริก

เมื่อเกิดขึ้นที่อุณหภูมิคงที่ในกรณีนี้จะกล่าวว่าเป็นกระบวนการความร้อนใต้พิภพ หากไม่มีการแลกเปลี่ยนความร้อนระหว่างระบบและสิ่งแวดล้อมจะเรียกว่าอะเดียแบติก ในทางกลับกันเมื่อมีปริมาตรคงที่กระบวนการที่สร้างขึ้นเรียกว่า isochoric

ในกรณีของกระบวนการไอโซโคริกสามารถระบุได้ว่าในกระบวนการเหล่านี้งานของปริมาตรความดันเป็นศูนย์เนื่องจากสิ่งนี้เป็นผลมาจากการคูณความดันด้วยการเพิ่มขึ้นของปริมาตร

นอกจากนี้ในแผนภาพปริมาตรความดันอุณหพลศาสตร์ยังแสดงกระบวนการไอโซโคริกในรูปแบบของเส้นตรงแนวตั้ง

สูตรและการคำนวณ

หลักการแรกของอุณหพลศาสตร์

ในอุณหพลศาสตร์งานคำนวณจากนิพจน์ต่อไปนี้:

W = P ∙ ∆ V

ในนิพจน์นี้ W คืองานที่วัดเป็น Joules, P ความดันที่วัดเป็นนิวตันต่อตารางเมตรและ ∆ V คือการเปลี่ยนแปลงหรือเพิ่มขึ้นของปริมาตรที่วัดเป็นลูกบาศก์เมตร

ในทำนองเดียวกันหลักการแรกของอุณหพลศาสตร์ที่เรียกว่า:

∆ U = Q - ว

ในสูตรนี้ W คืองานที่ทำโดยระบบหรือบนระบบ Q คือความร้อนที่ได้รับหรือปล่อยออกมาจากระบบและ ∆ U คือการเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในของระบบ เวลานี้วัดขนาดทั้งสามเป็นจูล

เนื่องจากในกระบวนการ isochoric งานจึงเป็นโมฆะปรากฎว่า:

∆ U = Q _V (ตั้งแต่, ∆ V = 0 และดังนั้น W = 0)

กล่าวอีกนัยหนึ่งความแปรผันของพลังงานภายในของระบบเกิดจากการแลกเปลี่ยนความร้อนระหว่างระบบและสิ่งแวดล้อมเท่านั้น ในกรณีนี้ความร้อนที่ถ่ายโอนเรียกว่าความร้อนปริมาตรคงที่

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 C_v = 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:

Q_v = n ∙ C_v ∙ ∆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 = Q_V = n ∙ C_v ∙ ∆T = 0,39 ∙2,5 ∙ 8,31 ∙ 26 = 210,65 J

Referencias

1. Resnik, Halliday & Krane (2002). Física Volumen 1 . Cecsa.
2. Laider, Keith, J. (1993). Oxford University Press, ed. The World of Physical Chemistry .
3. Heat Capacity. (n.d.). In Wikipedia. Recuperado el 28 de marzo, 2018, desde en.wikipedia.org.
4. Latent Heat. (n.d.). In Wikipedia. Recuperado el 28 de marzo, 2018, desde en.wikipedia.org.
5. Isochoric Process. (n.d.). In Wikipedia. Recuperado el 28 de marzo, 2018, desde en.wikipedia.org.