Изотермы

Физика > Изотермы

Изотермический процесс – изменение системы, где температура остается стабильной (ΔT = 0).

Задача обучения

• Вычислить условия, в которых могут формироваться изотермические процессы.

Основные пункты

• Изотермические процессы появляются, если система пребывает в контакте с внешним тепловым резервуаром, а изменение происходит медленно, чтобы система успевала все время регулировать температуру резервуара через теплообмен.
• Для идеального газа (PV = NkT) PV остается стабильным в изотермическом процессе. Кривая на диаграмме P-V, созданная уравнением PV = постоянная, – изотерма.
• В изотермическом обратимом процессе работа приравнивается к площади под изотермой объема давления: 

Термины

• Внутренняя энергия – сумма всех присутствующих в системе энергий, вместе с кинетической и потенциальной.
• Адиабатический – без усиления или потери тепла.
• Идеальный газ – гипотетическое понятие, чьи молекулы лишены контакта, зато переживают эластичные удары друг с другом и стенами сосуда.

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.

Для идеального газа произведение PV выступает постоянным, если газ сберегается в изотермических условиях. Значение константы – NkT (N – число молекул газа, k – постоянная Больцмана). Тогда

На графике вы рассмотрите полученные кривые, каждая из которых выступает изотермой. Такие графики именуют диаграммами индикаторов, которые помогают контролировать эффективность двигателей. Температура вырастает с нижнего левого к верхнему правому. Посмотрим на график изотермического процесса.

Изотермы идеального газа в диаграмме PV

Расчет работы

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

Отметьте, что P = F/A.

В изотермическом обратном процессе интеграл приравнивается к площади объема давления и обозначается синим цветом. Р =  используют при стабильном Т и мы знаем:

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

Работа отображает работу, выполненную системой в среде. Если систему расширяет поршень, смещающийся в направлении силы, приложенной внутренним давлением газа, то работа выступает положительной. В результате внутренняя энергия уменьшится. Если же она увеличивается, то работа будет отрицательной.

---