Изохорный процесс

В термодинамике изохорный процесс , также называемый процессом постоянного объема , изоволюметрическим процессом или изометрическим процессом , представляет собой термодинамический процесс, во время которого объем , замкнутой системы подвергающейся такому процессу, остается постоянным. Примером изохорного процесса является нагрев или охлаждение содержимого герметичного неэластичного контейнера: Термодинамический процесс — это присоединение или отвод тепла; изоляция содержимого контейнера создает закрытую систему; а неспособность контейнера деформироваться накладывает условие постоянного объема.

Формализм

Изохорный термодинамический квазистатический процесс характеризуется постоянным объемом , т. е. Δ V = 0 . В процессе не совершается давление -объем работа , поскольку такая работа определяется формулой

$$W=P\Delta V,$$

где Р — давление. Соглашение о знаках таково, что система совершает положительную работу над окружающей средой.

Если процесс не является квазистатическим, работу, возможно, можно выполнить в термодинамическом процессе с постоянным объемом.

Для обратимого процесса первый закон термодинамики системы определяет изменение внутренней энергии :

$$dU=dQ-dW$$

Замена работы с изменением громкости дает

$$dU=dQ-P\,dV$$

Поскольку процесс изохорный, dV = 0 , предыдущее уравнение теперь дает

$$dU=dQ$$

Используя определение удельной теплоемкости при постоянном объеме, c _v = ( dQ / dT )/ m , где m — масса газа, получаем

$$dQ=mc_{\mathrm {v} }\,dT$$

Интеграция обеих сторон дает

$$\Delta Q\ =m\int _{T_{1}}^{T_{2}}\!c_{\mathrm {v} }\,dT,$$

где cv _– удельная теплоемкость при постоянном объеме, T ₁ – начальная температура и T ₂ – конечная температура . Мы заключаем:

$$\Delta Q\ =mc_{\mathrm {v} }\Delta T$$

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

На диаграмме давления-объема изохорный процесс выглядит как прямая вертикальная линия. Его термодинамически сопряженный изобарный процесс будет выглядеть как прямая горизонтальная линия.

Идеальный газ

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

Идеальный

Идеальный цикл Отто является примером изохорного процесса, когда предполагается, что горение бензино -воздушной смеси в автомобиле с двигателем внутреннего сгорания происходит мгновенно. Происходит повышение температуры и давления газа внутри цилиндра при сохранении объема.

Этимология

Существительное «изохор» и прилагательное «изохорный» происходят от греческих слов ἴσος ( изос ), означающих «равный», и χώρος ( хрос ), означающих «пространство».

См. также

• Изобарный процесс
• Адиабатический процесс
• Циклический процесс
• Изотермический процесс
• Политропный процесс