Ein isochorer Prozess – auch isometrischer oder isovolumetrischer Prozess genannt – ist ein thermodynamischer Prozess, der in konstantem Volumen abläuft.
Bei einem isochoren Prozess ist der Druck eines idealen Gases direkt proportional zu seiner Temperatur. In realen Gasen gilt das Gesetz von Charles nicht.
Die Graphen dieses Prozesses werden durch Linien dargestellt, die Isocores genannt werden. Für ein ideales Gas sind sie in allen Diagrammen, die sich auf Parameter beziehen, gerade Linien: T (Temperatur), V (Volumen) und P (Druck).
Isochorische Prozessformeln
Berechnung der Arbeit eines isometrischen Prozesses
Ein isochorer Prozess produziert keine Arbeit, weil er bei konstantem Volumen produziert wird, d.h. ΔV = 0. Der Prozess verrichtet keine Druck-Volumen-Arbeit, da solche Arbeit definiert ist durch
W = P ∆V = P 0
Berechnung der inneren Energieänderung eines isochoren Prozesses
Wenn wir den ersten Hauptsatz der Thermodynamik anwenden, können wir die Variation der inneren Energie eines thermodynamischen Systems kennen:
ΔU = Q - W
Wie wir bereits erwähnt haben, macht dieser Vorgang keine Arbeit, da die Lautstärke konstant bleibt. Daher ist die Zunahme der inneren Energie gleich der Wärme, die wir an das System übertragen.
ΔU = Q
Wenn ein ideales Gas verwendet wird und die Gasmenge konstant gehalten wird, dann ist die Energiezunahme proportional zu einer Temperatur- und Druckzunahme.
Berechnung der freigesetzten Wärme eines isovolumetrischen Prozesses
Wenn wir berücksichtigen, dass sich die Gasmenge nicht ändert, ist die Energieänderung direkt proportional zur Temperaturänderung:
Q=n Cv ΔT
wo
-
Cv entspricht der molaren spezifischen Wärme bei konstantem Volumen.
-
n sind die Gasmole.
-
ΔT ist die Temperaturänderung des Prozesses.
Beispiele für isochore Prozesse
Beispiel im Alltag
Ein Beispiel für einen isochoren Prozess im Alltag zeigt sich, wenn wir Wasser in einem Schnellkochtopf erhitzen. Wenn wir Wärme auf den Behälter übertragen, erleben wir einen isovolumetrischen Prozess, da die Temperaturerhöhung bei konstantem Volumen erfolgt.
Wenn derselbe Behälter offen wäre, würde sich der Wasserdampf unter Beibehaltung seines (atmosphärischen) Drucks ausdehnen, es wäre also ein isobarer Prozess.
Beispiele in thermodynamischen Kreisläufen
In einem Benzinmotor treten zwei Beispiele für isochore Prozesse während der Phasen der Verbrennung von Benzin und des Ausstoßes von Gasen auf.
Im Stirling-Kreisprozess ist es auch ein Beispiel für einen isometrischen Prozess. Bei diesem Motortyp erfolgen die Aufheiz- und Abkühlphasen des Gases bei konstantem Volumen.