Proses isochoric adalah setiap proses termodinamika yang volumenya konstan. Proses ini sering juga disebut isometrik atau isovolumetrik. Secara umum, proses termodinamika dapat terjadi pada tekanan konstan dan selanjutnya disebut isobarik.

Ketika itu terjadi pada suhu konstan, dalam hal itu disebut proses isotermal. Jika tidak terjadi pertukaran panas antara sistem dan lingkungan, maka disebut adiabatik. Di sisi lain, jika ada volume yang konstan, proses yang dihasilkan disebut isokorik.

Dalam kasus proses isokorik, dapat dinyatakan bahwa dalam proses ini kerja tekanan-volume adalah nol, karena ini dihasilkan dari mengalikan tekanan dengan kenaikan volume.

Selanjutnya dalam diagram volume tekanan termodinamika proses isochoric direpresentasikan dalam bentuk garis lurus vertikal.

Rumus dan perhitungan

Prinsip pertama termodinamika

Dalam termodinamika, pekerjaan dihitung dari ekspresi berikut:

W = P ∙ ∆ V

Dalam ungkapan ini W adalah usaha yang diukur dalam Joule, P tekanan diukur dalam Newton per meter persegi, dan ∆ V adalah perubahan atau peningkatan volume yang diukur dalam meter kubik.

Demikian pula, yang disebut prinsip pertama termodinamika menetapkan bahwa:

∆ U = Q - W

Dalam rumus ini, W adalah pekerjaan yang dilakukan oleh sistem atau pada sistem, Q adalah panas yang diterima atau dipancarkan oleh sistem, dan ∆ U adalah perubahan energi internal sistem. Kali ini ketiga magnitudo diukur dalam Joule.

Karena dalam proses isokorik, pekerjaan tersebut adalah nol, ternyata:

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

Dengan kata lain, variasi energi internal sistem semata-mata karena pertukaran panas antara sistem dan lingkungan. Dalam hal ini, kalor yang ditransfer disebut kalor volume konstan.

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.