| Тепловые процессы |
|---|
| Статья является частью одноименной серии. |
| Адиабатический процесс |
| Изохорный процесс |
| Изобарный процесс |
| Изотермический процесс |
| Изоэнтропийный процесс |
| Изоэнтальпийный процесс |
| Политропный процесс |
| править |
| См. также «Физический портал» |
Изохорический или изохорный процесс (от др.-греч. ἴσος «равный» и χώρος «место») — термодинамический процесс, который происходит при постоянном объёме. Для осуществления изохорного процесса в газе или жидкости достаточно нагревать (охлаждать) вещество в сосуде, который не изменяет своего объёма.
При изохорическом процессе давление идеального газа прямо пропорционально его температуре (см. Закон Шарля). В реальных газах закон Шарля не выполняется.
На графиках изображается линиями, которые называются изохоры. Для идеального газа они являются прямыми во всех диаграммах, которые связывают параметры: T (температура), V (объем) и P (давление).
Содержание |
Из определения работы следует, что изменение работы при изохорном процессе равно:
Чтобы определить полную работу процесса проинтегрируем данное выражение. Поскольку объем неизменен, то:
Но такой интеграл равен нулю. Итак, при изохорном процессе газ работы не совершает:
Графически доказать это намного проще. С математической точки зрения, работа процесса — это площадь под графиком. Но график изохорного процесса является перпендикуляром к оси абсцисс. Таким образом, площадь под ним равна нулю.
Изменение внутренней энергии идеального газа можно найти по формуле:
где i — число степеней свободы, которое зависит от количества атомов в молекуле (3 для одноатомной (например, неон), 5 для двухатомной (например, кислород) и 6 для трёхатомной и более (например, молекула водяного пара)).
Из определения и формулы теплоёмкости и, формулу для внутренней энергии можно переписать в виде:
где — молярная теплоёмкость при постоянном объёме.
Используя первое начало термодинамики можно найти количество теплоты при изохорном процессе:
Но при изохорном процессе газ не выполняет работу. То есть, имеет место равенство:
то есть вся теплота, которую получает газ идёт на изменение его внутренней энергии.
Поскольку в системе при изохорном процессе происходит теплообмен с внешней средой, то происходит изменение энтропии. Из определения энтропии следует:
Выше была выведена формула для определения количества теплоты. Перепишем ее в дифференциальном виде:
где ν — количество вещества, — молярная теплоемкостью при постоянном объеме. Итак, микроскопическое изменение энтропии при изохорном процессе можно определить по формуле:
Или, если проинтегрировать последнее выражение, полное изменение энтропии в этом процессе:
В данном случае выносить выражение молярной теплоемкости при постоянном объеме за знак интеграла нельзя, поскольку она является функцией, которая зависит от температуры.
Изохорический процесс в идеальном газе подчиняется закону, изохорический процесс закон шарля, изохорический процесс в идеальном газе.
