En isokorisk process är varje termodynamisk process där volymen förblir konstant. Dessa processer kallas ofta också isometrisk eller isovolumetrisk. I allmänhet kan en termodynamisk process ske vid konstant tryck och kallas sedan isobarisk.

När det inträffar vid konstant temperatur sägs det i så fall vara en isotermisk process. Om det inte finns något värmeväxling mellan systemet och miljön, kallas det adiabatic. Å andra sidan, när det finns en konstant volym, kallas den genererade processen isokorisk.

I fallet med den isochoriska processen kan det anges att tryckvolymarbetet i dessa processer är noll, eftersom detta resulterar från att multiplicera trycket med volymökningen.

I ett termodynamiskt tryck-volymdiagram representeras dessutom de isochoriska processerna i form av en vertikal rät linje.

Formler och beräkning

Termodynamikens första princip

I termodynamik beräknas arbete utifrån följande uttryck:

W = P ∙ ∆ V

I detta uttryck är W det arbete som mäts i Joules, P trycket uppmätt i Newton per kvadratmeter, och ∆ V är förändringen eller volymökningen mätt i kubikmeter.

På samma sätt säger den så kallade första principen för termodynamik att:

∆ U = Q - W

I denna formel är W det arbete som utförs av systemet eller på systemet, Q är värmen som mottas eller avges av systemet, och ∆ U är förändringen i systemets interna energi. Den här gången mäts de tre storheterna i Joules.

Eftersom arbetet i en isochorisk process är noll, visar det sig att:

∆ U = Q _V (sedan, ∆ V = 0, och därför W = 0)

Med andra ord beror variationen i systemets inre energi enbart på värmeväxlingen mellan systemet och miljön. I detta fall kallas den överförda värmen konstant volymvärme.

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.