En isokorisk prosess er enhver termodynamisk prosess der volumet forblir konstant. Disse prosessene kalles ofte isometrisk eller isovolumetrisk. Generelt kan en termodynamisk prosess oppstå ved konstant trykk og kalles da isobarisk.

Når det oppstår ved konstant temperatur, sies det i så fall å være en isotermisk prosess. Hvis det ikke er varmeveksling mellom systemet og miljøet, kalles det adiabatisk. På den annen side, når det er et konstant volum, kalles den genererte prosessen isokorisk.

Når det gjelder den isokoriske prosessen, kan det anføres at trykkvolumarbeidet i disse prosessene er null, siden dette er resultatet av å multiplisere trykket med volumøkningen.

I et termodynamisk trykkvolumediagram er de isokoriske prosessene representert i form av en vertikal rett linje.

Formler og beregning

Det første prinsippet for termodynamikk

I termodynamikk beregnes arbeid ut fra følgende uttrykk:

W = P ∙ ∆ V

I dette uttrykket er W arbeidet målt i Joules, P trykket målt i Newton per kvadratmeter, og ∆ V er endringen eller volumøkningen målt i kubikk.

På samme måte slår det såkalte første prinsippet i termodynamikk fast at:

∆ U = Q - W

I denne formelen er W arbeidet som er utført av systemet eller på systemet, Q er varmen mottatt eller avgitt av systemet, og ∆ U er endringen i den interne energien i systemet. Denne gangen blir de tre størrelsene målt i Joules.

Siden arbeidet i en isokorisk prosess er null, viser det seg at:

∆ U = Q _V (siden, ∆ V = 0, og derfor W = 0)

Med andre ord skyldes den interne energivariasjonen til systemet utelukkende varmevekslingen mellom systemet og miljøet. I dette tilfellet kalles den overførte varmen konstant volumvarme.

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.