Formules et calculs de processus isochoriques, exemples quotidiens

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Simon Doyle
Formules et calculs de processus isochoriques, exemples quotidiens

UNE processus isochore Ce sont tous des processus thermodynamiques dans lesquels 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 donc 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, cela s'appelle adiabatique. Par contre, lorsqu'il y a un volume constant, le processus généré est appelé isochore.

Dans le cas du processus isochore, on peut affirmer 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 ligne droite verticale..

Index des articles

  • 1 Formules et calcul
    • 1.1 Le premier principe de la thermodynamique
  • 2 exemples de tous les jours
    • 2.1 Le cycle Otto idéal
  • 3 Exemples pratiques
    • 3.1 Premier exemple
    • 3.2 Deuxième exemple
  • 4 Références

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 Newton 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 la variation d'énergie interne du système. A cette occasion, les trois grandeurs sont mesurées en Joules.

Puisque dans un processus isochore le travail est nul, il s'avère que:

∆ U = QV    (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..

La capacité thermique d'un corps ou d'un système résulte de la division de la quantité d'énergie sous forme de chaleur transférée à un corps ou d'un système dans un processus donné et du changement de température subi par celui-ci..

Lorsque le procédé est réalisé à volume constant, on parle de capacité calorifique à volume constant et il est noté Cv (capacité thermique molaire).

Il sera rempli dans ce cas:

Qv = n ∙ C∙ ∆T

Dans cette situation, n est le nombre de moles, Cv est la capacité thermique molaire susmentionnée à volume constant et ∆T est l'augmentation de température subie par le corps ou le système.

Exemples de tous les jours

Il est facile d'imaginer un processus isochore, il suffit de penser à un processus qui se produit à volume constant; c'est-à-dire dans lequel le conteneur qui contient la matière ou le système de matériaux ne change pas de volume.

Un exemple pourrait être le cas d'un gaz (idéal) enfermé dans un récipient fermé dont le volume ne peut être modifié par aucun moyen auquel la chaleur est fournie. Supposons le cas d'un gaz enfermé dans une bouteille.

En transférant de la chaleur au gaz, comme déjà expliqué, il finira par entraîner une augmentation ou une augmentation de son énergie interne.

Le processus inverse serait celui d'un gaz enfermé dans un récipient dont le volume ne peut être modifié. Si le gaz est refroidi et donne de la chaleur à l'environnement, alors la pression du gaz serait réduite et la valeur de l'énergie interne du gaz diminuerait.

Le cycle Otto idéal

Le cycle Otto est un cas idéal du cycle utilisé par les machines à essence. Cependant, son utilisation initiale était dans des machines qui utilisaient du gaz naturel ou d'autres types de combustibles à l'état gazeux..

Dans tous les cas, le cycle idéal d'Otto est un exemple intéressant de processus isochore. Cela se produit lorsque, dans une voiture à combustion interne, la combustion du mélange essence-air a lieu instantanément.

Dans ce cas, il y a augmentation de la température et de la pression du gaz à l'intérieur de la bouteille, le volume restant constant..

Exemples pratiques

Premier exemple

Étant donné un gaz (idéal) enfermé dans un cylindre équipé d'un piston, indiquez si les cas suivants sont des exemples de processus isochoriques.

- Un travail de 500 J est effectué sur le gaz.

Dans ce cas il ne s'agirait pas d'un processus isochore car pour effectuer des travaux sur le gaz il faut le comprimer, et donc modifier son volume.

- Le gaz se dilate en déplaçant horizontalement le piston.

Encore une fois, ce ne serait pas un processus isochore, car l'expansion du gaz implique une modification de son volume.

- Le piston du cylindre est fixé de manière à ne pas pouvoir bouger et le gaz est refroidi.

Cette fois, ce serait un processus isochore, car il n'y aurait pas de variation de volume.

Deuxième exemple

Déterminer la variation d'énergie interne que subira un gaz contenu dans un contenant d'un volume de 10 L soumis à 1 atm de pression si sa température passe de 34 ºC à 60 ºC dans un processus isochore, connu sous le nom de chaleur spécifique molaire. Cv = 2,5R (étant R = 8,31 J / mol K).

Puisqu'il s'agit d'un processus à volume constant, la variation d'énergie interne ne se produira qu'en conséquence de la chaleur fournie au gaz. Ceci est déterminé avec la formule suivante:

Qv = n ∙ C∙ ∆T

Afin de calculer la chaleur fournie, il faut d'abord calculer les moles de gaz contenues dans le conteneur. Pour cela, il est nécessaire de recourir à l'équation des gaz parfaits:

P ∙ V = n ∙ R ∙ T

Dans cette équation n est le nombre de moles, R est une constante dont la valeur est de 8,31 J / molK, T est la température, P est la pression à laquelle le gaz est soumis mesurée en atmosphères et T est la température mesurée en Kelvin.

Résolvez pour n et obtenez:

n = R ∙ T / (P ∙ V) = 0,39 mole

De sorte que:

∆ U = QV  = n ∙ C∙ ∆T = 0,39 ∙ 2,5 ∙ 8,31 ∙ 26 = 210,65 J

Les références

  1. Resnik, Halliday et Krane (2002). Physique Volume 1. Cecsa.
  2. Laider, Keith, J. (1993). Oxford University Press, éd. Le monde de la chimie physique.
  3. Capacité thermique. (n.d.). Dans Wikipedia. Récupéré le 28 mars 2018 sur en.wikipedia.org.
  4. Chaleur latente. (n.d.). Dans Wikipedia. Récupéré le 28 mars 2018 sur en.wikipedia.org.
  5. Processus isochorique. (n.d.). Dans Wikipedia. Récupéré le 28 mars 2018 sur en.wikipedia.org.

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