Изотермический процесс
Изотермический или изотермный процесс (от др.-греч. ἴσος «равный» и θέρμη «жар») — термодинамический процесс, происходящий в физической системе при постоянной температуре. Несколько изотерм для идеального газа нa p-V-T диаграммеДля осуществления изотермического процесса систему обычно помещают в термостат (массивное тело, находящееся в тепловом равновесии), теплопроводность которого велика, так что теплообмен с системой происходит достаточно быстро по сравнению со скоростью протекания процесса, и, температура системы в любой момент практически не отличается от температуры термостата. Можно осуществить изотермический процесс иначе — с применением источников или стоков тепла, контролируя постоянство температуры с помощью термометров. К изотермическим процессам относятся, например, кипение жидкости или плавление твёрдого тела при постоянном давлении. Графиком изотермического процесса является изотерма. В идеальном газе при изотермическом процессе для неизменной массы газа произведение давления на объём постоянно (закон Бойля-Мариотта): P ∗ V = c o n s t . {displaystyle P*V=const.}откуда при изменении объёма или давления, имеем: P 1 ∗ V 1 = P 2 ∗ V 2 {displaystyle P_{1}*V_{1}=P_{2}*V_{2}}где: P 1 {displaystyle P_{1}} и P 2 {displaystyle P_{2}} — давление газа в начале и конце процесса; V 1 {displaystyle V_{1}} и V 2 {displaystyle V_{2}} — объём газа в начале и конце процесса Изотермы идеального газа в координатах p , V {displaystyle p,V} — гиперболы, расположенные на графике тем выше, чем выше температура, при которой происходит процесс (см. рисунок). В общем случае при изотермическом процессе системе сообщается некоторое количество теплоты Q {displaystyle Q} (или она отдаёт теплоту) и системой совершается работа A {displaystyle A} над внешними телами. Альтернативный процесс, при котором теплообмен с окружающей средой отсутствует (термодинамическая система находится в энергетическом равновесии — система не поглощает и не выделяет тепло), называется адиабатическим процессом. Работа A {displaystyle A} , совершённая идеальным газом в изотермическом процессе, равна N k T ln ( V 2 / V 1 ) {displaystyle N,k,T,ln(V_{2}/V_{1})} , где N {displaystyle N} — число частиц газа, T {displaystyle T} — температура, V 1 {displaystyle V_{1}} и V 2 {displaystyle V_{2}} — объём газа в начале и конце процесса, k {displaystyle k} — постоянная Больцмана . В твёрдом теле и большинстве жидкостей изотермические процессы очень мало изменяют объём тела, если только не происходит фазовый переход. Первый закон термодинамики для изотермического процесса записывается в виде: Q = A , {displaystyle Q=A,}где учитывается, что внутренняя энергия системы в изотермическом процессе не изменяется. Таким образом, в изотермическом процессе вся теплота, полученная системой, расходуется на совершение системой работы над внешними телами. Комментарии |