Изохорный процесс

Термодинамический процесс замкнутой системы, в которой объем остается постоянным

В термодинамике изохорный процесс , также называемый процессом постоянного объема , изоволюметрическим процессом или изометрическим процессом , — это термодинамический процесс , в ходе которого объем замкнутой системы, подвергающейся такому процессу, остается постоянным. Изохорный процесс иллюстрируется нагреванием или охлаждением содержимого герметичного неэластичного контейнера: Термодинамический процесс заключается в добавлении или отводе тепла; изоляция содержимого контейнера устанавливает замкнутую систему; а неспособность контейнера деформироваться налагает условие постоянного объема.

Формализм

Изохорный термодинамический квазистатический процесс характеризуется постоянным объемом , т. е. Δ V = 0. Процесс не совершает работу давления -объема , поскольку такая работа определяется как где P — давление. Соглашение о знаках таково, что положительная работа выполняется системой над окружающей средой. $${\displaystyle W=P\Delta V,}$$

Если процесс не является квазистатическим, работа, вероятно, может быть выполнена в термодинамическом процессе с постоянным объемом. ^[1]

Для обратимого процесса первый закон термодинамики дает изменение внутренней энергии системы : $${\displaystyle dU=dQ-dW}$$

Замена работы изменением объема дает $${\displaystyle dU=dQ-P\,dV}$$

Поскольку процесс изохорный, dV = 0 , предыдущее уравнение теперь дает $${\displaystyle dU=dQ}$$

Используя определение удельной теплоемкости при постоянном объеме, c _v = ( dQ / dT )/ m , где m — масса газа, получаем $${\displaystyle dQ=mc_{\mathrm {v} }\,dT}$$

Интеграция обеих сторон дает где c _v — удельная теплоемкость при постоянном объеме, T ₁ — начальная температура , а T ₂ — конечная температура . Мы заключаем: $${\displaystyle \Delta Q\ =m\int _{T_{1}}^{T_{2}}\!c_{\mathrm {v} }\,dT,}$$ $${\displaystyle \Delta Q\ =mc_{\mathrm {v} }\Delta T}$$

Изохорный процесс на диаграмме давление-объем . На этой диаграмме давление увеличивается, но объем остается постоянным.

На диаграмме давление-объем изохорный процесс отображается как прямая вертикальная линия. Его термодинамически сопряженный, изобарный процесс , отображается как прямая горизонтальная линия.

Идеальный газ

Если в изохорном процессе используется идеальный газ , а количество газа остается постоянным, то увеличение энергии пропорционально увеличению температуры и давления. Например, газ, нагретый в жестком контейнере: давление и температура газа увеличатся, но объем останется прежним.

Идеальный цикл Отто

Идеальный цикл Отто является примером изохорного процесса, когда предполагается, что сгорание смеси бензина и воздуха в двигателе внутреннего сгорания автомобиля происходит мгновенно. Происходит повышение температуры и давления газа внутри цилиндра, а объем остается прежним.

Этимология

Существительное «изохора» и прилагательное «изохорный» происходят от греческих слов ἴσος ( isos ), что означает «равный», и χῶρος ( khôros ), что означает «пространство».

Смотрите также

• Изобарический процесс
• Адиабатический процесс
• Циклический процесс
• Изотермический процесс
• Политропный процесс

Ссылки

1. «Если объем газа остается постоянным, он может совершать работу?». physicsforums.com . Получено 17 апреля 2018 г. .