- Formules et calcul
- Le premier principe de la thermodynamique
El ciclo ideal Otto
- Ejemplos prácticos
- Primer ejemplo
- Segundo ejemplo
- Referencias
El ciclo ideal OttoUn processus isochore est tout processus thermodynamique dans lequel le volume reste constant. Ces processus sont souvent également appelés isométriques ou isovolumétriques. En général, un processus thermodynamique peut se produire à pression constante et est alors appelé isobare.
Lorsqu'il se produit à température constante, on dit dans ce cas qu'il s'agit d'un processus isotherme. S'il n'y a pas d'échange de chaleur entre le système et l'environnement, on parle alors d'adiabatique. En revanche, lorsqu'il y a un volume constant, le processus généré est appelé isochore.
Dans le cas du processus isochore, on peut dire que dans ces processus le travail pression-volume est nul, car cela résulte de la multiplication de la pression par l'augmentation de volume.
De plus, dans un diagramme pression-volume thermodynamique, les processus isochoriques sont représentés sous la forme d'une droite verticale.
Formules et calcul
Le premier principe de la thermodynamique
En thermodynamique, le travail est calculé à partir de l'expression suivante:
W = P ∙ ∆ V
Dans cette expression, W est le travail mesuré en Joules, P la pression mesurée en Newtons par mètre carré, et ∆ V est le changement ou l'augmentation du volume mesuré en mètres cubes.
De même, le soi-disant premier principe de la thermodynamique établit que:
∆ U = Q - W
Dans cette formule, W est le travail effectué par le système ou sur le système, Q est la chaleur reçue ou émise par le système, et ∆ U est le changement d'énergie interne du système. Cette fois, les trois grandeurs sont mesurées en Joules.
Puisque dans un processus isochore le travail est nul, il s'avère que:
∆ U = Q V (puisque, ∆ V = 0, et donc W = 0)
En d'autres termes, la variation d'énergie interne du système est uniquement due à l'échange de chaleur entre le système et l'environnement. Dans ce cas, la chaleur transférée est appelée chaleur à volume constant.
Original text
 encerrado en un recipiente cerrado cuyo volumen no se puede alterar por ningún medio al que se le suministra calor. Supóngase el caso de un gas encerrado en una botella.</p>
<p>Al transferirle calor al gas, como ya se ha explicado, acabará redundando en un incremento o aumento de su energía interna.</p>
<p>El proceso inverso sería el de un gas encerrado en un recipiente cuyo volumen no se puede modificar. Si el gas se enfría y cede calor al ambiente, entonces se reduciría la presión del gas y el valor de la energía interna del gas disminuiría.</p>
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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 Cv = 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:
Qv = n ∙ Cv ∙ ∆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 = QV = n ∙ Cv ∙ ∆T = 0,39 ∙2,5 ∙ 8,31 ∙ 26 = 210,65 J
Referencias
- Resnik, Halliday & Krane (2002). Física Volumen 1. Cecsa.
- Laider, Keith, J. (1993). Oxford University Press, ed. The World of Physical Chemistry.
- Heat Capacity. (n.d.). In Wikipedia. Recuperado el 28 de marzo, 2018, desde en.wikipedia.org.
- Latent Heat. (n.d.). In Wikipedia. Recuperado el 28 de marzo, 2018, desde en.wikipedia.org.
- Isochoric Process. (n.d.). In Wikipedia. Recuperado el 28 de marzo, 2018, desde en.wikipedia.org.