Изотермический процесс

ИзотермическийШаблон:Sfn или изотермныйШаблон:Sfn процесс (от Шаблон:Lang-grc «равный» и Шаблон:Lang-grc2 «жар») — термодинамический изопроцесс, происходящий в физической системе при постоянной температуре.

Несколько изотерм для идеального газа нa p-V диаграмме

Несколько изотерм для идеального газа нa p-V-T диаграмме

Для 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):

$PV=const$,

откуда при изменении объёма или давления, имеем:

$P_1{V}_1=P_2{V}_2$

где: $P_1$ и $P_2$ — давление газа в начале и конце процесса; $V_1$ и $V_2$ — объём газа в начале и конце процесса

Изотермы идеального газа в координатах $p,V$ — 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 $Q$ (или она отдаёт теплоту) и системой совершается работа $A$ 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 $A$, совершённая идеальным газом в изотермическом процессе, равна $NkT\ln (V_2/V_1)$, где $N$ — число частиц газа, $T$ — температура, $V_1$ и $V_2$ — объём газа в начале и конце процесса, $k$ — 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:

$Q=A,$

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. Также, для идеальных газов энтальпия в изотермическом процессе остаётся постоянной.

Для реальных газов в изотермическом процессе подведённая теплота не равна совершённой работе, энтальпия не остаётся постоянной, и происходит изменение внутренней энергии, поскольку для реальных газов внутренняя энергия является функцией не только температуры, но и давления.

Литература

• Шаблон:Книга
• Шаблон:Книга
• Шаблон:КнигаШаблон:Недоступная ссылка

Ссылки

• [bse.sci-lib.com/article052010.html Значение слова «Изотермический процесс» в Большой советской энциклопедии]

См. также

• Молекулярно-кинетическая теория
• Изохорный процесс
• Изобарный процесс
• Адиабатический процесс
• Политропный процесс

Шаблон:Спам-ссылки