El ciclo ideal Otto定積過程は、体積が一定のままである任意の熱力学的プロセスです。これらのプロセスは、しばしば等尺性または等容性とも呼ばれます。一般に、熱力学的プロセスは一定の圧力で発生する可能性があるため、等圧と呼ばれます。
一定温度で発生する場合、その場合は等温プロセスと呼ばれます。システムと環境の間に熱交換がない場合、それは断熱と呼ばれます。一方、一定の体積がある場合、生成されるプロセスは等容性と呼ばれます。
定容プロセスの場合、これらのプロセスでは、圧力と体積の増加が圧力に乗算されるため、圧力と体積の仕事はゼロであると言えます。
さらに、熱力学的圧力-体積図では、等容性プロセスは垂直直線の形で表されます。
数式と計算
熱力学の第一原理
熱力学では、仕事は次の式から計算されます。
W = P∙∆ V
この式では、Wはジュールで測定された仕事、Pは平方メートルあたりのニュートンで測定された圧力、∆ Vは立方メートルで測定された体積の変化または増加です。
同様に、いわゆる熱力学の第一原理は、次のことを確立します。
∆ U = Q-W
この式では、Wはシステムまたはシステム上で行われた仕事、Qはシステムが受け取ったまたは放出した熱、∆ Uはシステムの内部エネルギーの変化です。今回は、3つの等級がジュールで測定されます。
定容プロセスでは作業がnullであるため、次のことがわかります。
∆ U = Q V（∆ V = 0、したがってW = 0であるため）
言い換えれば、システムの内部エネルギーの変動は、システムと環境との間の熱交換のみによるものです。この場合、伝達される熱は一定体積熱と呼ばれます。
Original text
 encerrado en un recipiente cerrado cuyo volumen no se puede alterar por ningún medio al que se le suministra calor. Supóngase el caso de un gas encerrado en una botella.</p>
<p>Al transferirle calor al gas, como ya se ha explicado, acabará redundando en un incremento o aumento de su energía interna.</p>
<p>El proceso inverso sería el de un gas encerrado en un recipiente cuyo volumen no se puede modificar. Si el gas se enfría y cede calor al ambiente, entonces se reduciría la presión del gas y el valor de la energía interna del gas disminuiría.</p>
<a id=)
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 Cv = 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:
Qv = n ∙ Cv ∙ ∆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 = QV = n ∙ Cv ∙ ∆T = 0,39 ∙2,5 ∙ 8,31 ∙ 26 = 210,65 J
Referencias
- Resnik, Halliday & Krane (2002). Física Volumen 1 . Cecsa.
- Laider, Keith, J. (1993). Oxford University Press, ed. The World of Physical Chemistry .
- Heat Capacity. (n.d.). In Wikipedia. Recuperado el 28 de marzo, 2018, desde en.wikipedia.org.
- Latent Heat. (n.d.). In Wikipedia. Recuperado el 28 de marzo, 2018, desde en.wikipedia.org.
- Isochoric Process. (n.d.). In Wikipedia. Recuperado el 28 de marzo, 2018, desde en.wikipedia.org.