Изотермические процессы

Физика > Изотермические процессы

 

Работа и температура в изотермическом процессе. Читайте определение изотермического процесса в идеальном газе, формула, закон Бойля, адиабатический процесс.

Изотермический процесс – изменение термодинамической системы, где температурный показатель остается неизменным.

Задача обучения

• Выявить типичные системы с термодинамическим процессом.

Основные пункты

• В идеальном газе давление и объем (PV) выступают стабильными, если газ сберегается в изотермических условиях.
• Для идеального газа работа, основывающаяся на переходе газа из А в В через изотермический процесс, выполняется как 
• Во многих системах температура остается стабильной, поэтому внутренняя энергия также неизменна. Отсюда получаем, что Q = -W.

Термины

• Обратимый – способность вернуться в исходное состояние без использования свободной энергии и роста энтропии.
• Идеальный газ – гипотетическое понятие, чьи молекулы лишены взаимодействия и проходят через эластичное столкновение друг с другом и стенками сосуда.
• Закон Бойля – давление идеального газа выступает обратно пропорциональным объему при стабильном температурном показателе.

Изотермический процесс – изменение системы, где температура остается неизменной: ΔT = 0. Обычно так случается, если система контактирует с внешним тепловым контейнером (теплая ванна), а перемены проходят достаточно медленно, чтобы система смогла регулировать температуру резервуара при помощи теплообмена.

Адиабатический процесс строится на том, что система и внешний мир не обмениваются теплом (Q = 0). То есть, в изотермическом процессе ΔT = 0, но Q ≠ 0, а в адиабатическом – ΔT ≠ 0, но Q = 0.

Идеальный газ в изотермическом процессе

Произведение давления и объема (PV) в идеальном газе выступает стабильным, если газ сберегается в изотермических условиях (закон Бойля). Но нет случаев, когда произведение PV выступает экспоненциальным. Величина константы nRT, где n – количество молей присутствующего газа, а R – идеальная газовая постоянная. То есть, используется закон идеального газа PV = nRT. Это значит, что

Вычисление работы

В термодинамике работа, осуществляемая за счет перехода газа из состояния А в В, отображается как:

Как выглядит работа при изотермическом процессе? В изотермическом обратном процессе интеграл приравнивается к площади объема давления и обозначается синим цветом. Р = nRT/ V  используют при стабильном Т и мы знаем:

Синяя область отображает работу, выполняемую газом в период расширения для изотермического изменения

Выше представлен график изотермического процесса. Если температура поддерживается стабильной, то внутренняя энергия системы также стабильна, поэтому ΔU = 0. Из первого закона термодинамики следует, что Q = -W для этого же изотермического процесса.

---