Satu proses isochoric sebarang proses termodinamik di mana jumlah tetap. Proses-proses ini sering juga disebut isometrik atau isovolumetric. Secara umum, proses termodinamik boleh berlaku pada tekanan berterusan dan kemudian disebut isobaric.

Apabila berlaku pada suhu tetap, dalam hal ini dikatakan proses isotermal. Sekiranya tidak ada pertukaran haba antara sistem dan persekitaran, maka ia disebut adiabatik. Sebaliknya, apabila terdapat isipadu tetap, proses yang dihasilkan disebut isochoric.

Dalam kes proses isokorik, dapat dinyatakan bahwa dalam proses ini tekanan-volume bekerja adalah sifar, kerana ini terjadi akibat mengalikan tekanan dengan peningkatan volume.

Selanjutnya, dalam rajah isipadu tekanan-termodinamik proses isokorik diwakili dalam bentuk garis lurus menegak.

Rumusan dan pengiraan

Prinsip pertama termodinamik

Dalam termodinamik, kerja dikira dari ungkapan berikut:

W = P ∙ ∆ V

Dalam ungkapan ini W adalah kerja yang diukur dalam Joules, P tekanan yang diukur dalam Newton per meter persegi, dan Δ V adalah perubahan atau peningkatan volume yang diukur dalam meter padu.

Begitu juga, prinsip termodinamik yang disebut pertama menetapkan bahawa:

∆ U = Q - W

Dalam formula ini, W adalah kerja yang dilakukan oleh sistem atau pada sistem, Q adalah haba yang diterima atau dipancarkan oleh sistem, dan Δ U adalah perubahan tenaga dalaman sistem. Kali ini tiga magnitud diukur dalam Joules.

Oleh kerana dalam proses isokorik, karya tersebut adalah sia-sia, ternyata:

∆ U = Q _V (sejak, Δ V = 0, dan oleh itu W = 0)

Dengan kata lain, variasi tenaga dalaman sistem semata-mata disebabkan oleh pertukaran haba antara sistem dan persekitaran. Dalam kes ini, haba yang dipindahkan disebut haba isipadu malar.

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.