Изохорный процесс является любым термодинамическим процессом , в котором объем остается постоянным. Эти процессы также часто называют изометрическими или изоволюметрическими. В общем, термодинамический процесс может происходить при постоянном давлении и в таком случае называется изобарическим.

Когда это происходит при постоянной температуре, в этом случае говорят, что это изотермический процесс. Если нет теплообмена между системой и окружающей средой, то это называется адиабатическим. С другой стороны, при постоянном объеме генерируемый процесс называется изохорическим.

В случае изохорного процесса можно утверждать, что в этих процессах работа давление-объем равна нулю, поскольку она возникает в результате умножения давления на увеличение объема.

Кроме того, на термодинамической диаграмме давление-объем изохорные процессы представлены в виде вертикальной прямой линии.

Формулы и расчет

Первый принцип термодинамики

В термодинамике работа рассчитывается по следующему выражению:

W = P ∙ ∆ V

В этом выражении W - это работа, измеренная в Джоулях, P - давление, измеренное в Ньютонах на квадратный метр, а ∆ V - изменение или увеличение объема, измеренное в кубических метрах.

Точно так же так называемый первый принцип термодинамики устанавливает, что:

∆ U = Q - W

В этой формуле W - это работа, совершаемая системой или над системой, Q - тепло, получаемое или выделяемое системой, а ∆ U - изменение внутренней энергии системы. На этот раз три величины измеряются в Джоулях.

Поскольку в изохорическом процессе работа равна нулю, получается, что:

∆ U = Q _V (так как ∆ V = 0 и, следовательно, W = 0)

Другими словами, изменение внутренней энергии системы происходит исключительно за счет теплообмена между системой и окружающей средой. В этом случае передаваемое тепло называется постоянным объемным теплом.

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.