Что такое изотермический процесс

Изотермический процесс

Изотермический процесс (от др.-греч. ἴσος «равный» и θέρμη «жар») — термодинамический процесс, происходящий в физической системе при постоянной температуре.

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 произведение давления на объём постоянно (закон Бойля-Мариотта). Изотермы идеального газа в координатах — гиперболы, расположенные на графике тем выше, чем выше температура, при которой происходит процесс (см. рисунок).

При изотермическом процессе системе, вообще говоря, сообщается определённое количество теплоты (или она отдаёт теплоту) и совершается внешняя работа. 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.

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:

Источник

Изотермический процесс

Вы будете перенаправлены на Автор24

Что такое изотермический процесс

Изотермическим процессом называется процесс, происходящий в неизменной массе газа при постоянной температуре.

\[p_1V_1=\nu RT\left(1\right),\] \[p_2V_2=\nu RT\ \left(2\right).\]

Закон Бойля-Мариотта

Разделим уравнение (2) на уравнение (1), получим уравнение изотермического процесса:

Уравнение (4) называют законом Бойля-Мариотта.

Этот процесс происходит с подводом тепла, если объем увеличивается, или его отводом, чтобы уменьшать объем. Запишем первое начало термодинамики, последовательно получим выражения для работы, внутренней энергии и количества теплоты изотермического процесса:

\[\delta Q=dU+dA=\frac<2>\nu RdT+pdV,\ \left(5\right).\]

Температура не изменяется, следовательно, изменение внутренней энергии равно нулю ($dU=0$). Получается, что в изотермическом процессе все подводимое тепло идет на совершение газом работы:

Используем уравнение состояния идеального газа, выразим из него давление:

Подставим уравнение (8) в подынтегральное выражение уравнения (7):

\[A=\nu RTln\left(\frac\right)\left(10\right)\] \[\triangle Q=A\ (11),\]

Уравнение (11) определяет количество теплоты, сообщаемое газу массы m в изотермическом процессе$.

Изопроцессы очень часто изображают на термодинамических диаграммах. Так, линия, изображающая на такой диаграмме изотермический процесс, называется изотермой (рис.1).

Так как процесс изотермический, то внутренняя энергия газа не изменяется:

Из первого начала термодинамики, следовательно:

\[\triangle Q=A\ \left(1.1\right).\] \[A=\nu RTln\left(\frac\right)\left(1.2\right).\]

Запишем уравнение конечного состояния идеального газа:

Подставим выражение для температуры из (1.3) в (1.2), получим:

Так как все величины в данных находятся в СИ, проведем расчет:

Готовые работы на аналогичную тему

Задание: На рис 2. представлен график изменения состояния идеального газа массы m в осях p(V). Перенесите этот процесс в оси p(T).

Опишем данный на рисунке 2 круговой процесс.

Изобразим в осях p(T) вышеперечисленные процессы.

Задание: Какой график на рис. 4 представляет изотермический процесс?

Изотермический процесс описывается законом Бойля-Мариотта

Получи деньги за свои студенческие работы

Курсовые, рефераты или другие работы

Автор этой статьи Дата последнего обновления статьи: 18 12 2021

Источник

Изопроцессы в газах.

Изопроцессами называются процессы, протекающие при неизменном значении одного из па­раметров: давления (p), объема (V), температуры (T).

В идеальном газе эти процессы подчиняются газовым законам.

Газовыми законами называются количественные зависимости между двумя параметрами газа при фиксированном значении третьего параметра.

Изобарный процесс.

Изобарный (или изобарический) процесс — это изменение термодинамической системы с условием не изменения давления (P = const). Изобарой называют линию, которая отображает изобарический процесс на графике. Этот процесс описывает закон Гей-Люссака.

Изохорный процесс.

Изохорный (или изохорический) процесс — это изменение термодинамической системы с условием не изменения объема (V = const). Изохорой называют линию, которая отображает изохорический процесс на графике. Этот процесс описывает закон Шарля.

Изотермический процесс.

Изотермический процесс — это изменение термодинамической системы с условием не изменения температуры (T = const). Изотермой называют линию, которая отображает изотермический процесс на графике. Этот процесс описывает закон Бойля-Мариотта.

Изоэнтропийный процесс.

Изоэнтропийный процесс — это изменение термодинамической системы с условием не изменения энтропии (S = const). Изоэнтропийным является, например, обратимый адиабатический процесс: в таком процессе не происходит теплообмена с окружающей средой. Идеальный газ в таком процессе описывается следующим уравнением:

где γ — показатель адиабаты, определяемый типом газа.

Источник

Что такое изотермический процесс? (Примеры, упражнения)

Содержание:

Эти изменения представляют собой фазовые переходы, когда вещество переходит из твердого состояния в жидкое, из жидкого в газообразное или наоборот. В таких случаях молекулы вещества меняют свое положение, добавляя или извлекая тепловую энергию.

Тепловая энергия, необходимая для возникновения фазового перехода в веществе, называется скрытой теплотой или теплотой превращения.

Этот тип процесса часто встречается в природе. Например, у людей, когда температура тела повышается или понижается, мы чувствуем себя больными, потому что в нашем теле многие химические реакции, поддерживающие жизнь, происходят при постоянной температуре. Это справедливо для теплокровных животных в целом.

Примеры изотермических процессов

— Обмен веществ у теплокровных животных осуществляется при постоянной температуре.

— Когда вода закипает, происходит фазовый переход от жидкости к газу, а температура остается постоянной примерно на уровне 100 º C, поскольку на значение могут влиять другие факторы.

-Автомобильные двигатели, холодильники, а также многие другие виды техники исправно работают в определенном температурном диапазоне. Для поддержания нужной температуры устройства называли термостаты. В его конструкции использованы различные принципы работы.

Цикл Карно

Двигатель автомобиля работает по аналогичным принципам. Движение поршня внутри цилиндра передается другим частям автомобиля и вызывает движение. Он не имеет поведения идеальной системы, такой как двигатель Карно, но термодинамические принципы являются общими.

Расчет работы, проделанной в изотермическом процессе

Чтобы рассчитать работу, совершаемую системой при постоянной температуре, мы должны использовать первый закон термодинамики, который гласит:

Это еще один способ выражения сохранения энергии в системе, представленный через ΔU или изменение энергии, Q по мере поступления тепла и, наконец, W, что и есть работа, проделанная указанной системой.

Предположим, что рассматриваемая система представляет собой идеальный газ, содержащийся в цилиндре подвижного поршня площадью К, который работает, когда его объем V смена V₁ к V_2.

Итак, проделанная работа рассчитывается путем интегрирования небольшой дифференциальной работы, в которой сила F производит небольшое смещение dx:

Как Adx это именно изменение объема dV, так:

Чтобы получить полную работу в изотермическом процессе, проинтегрируем выражение для dW:

Давление п и объем V изображены на диаграмме P-V как показано на рисунке, а проделанная работа равна площади под кривой:

Как ΔU = 0 поскольку температура остается постоянной, в изотермическом процессе необходимо:

— Упражнение 1

Цилиндр с подвижным поршнем содержит идеальный газ при 127ºC. Если поршень движется, чтобы уменьшить начальный объем в 10 раз, сохраняя постоянную температуру, найдите количество молей газа, содержащегося в цилиндре, если работа, проделанная с газом, равна 38 180 Дж.

Факт: R = 8,3 Дж / моль. K

Решение

В заявлении говорится, что температура остается постоянной, поэтому мы находимся в наличии изотермического процесса. Для работы, проделанной с газом, мы имеем ранее выведенное уравнение:

127 º C = 127 + 273 K = 400 K

Решите относительно n количество родинок:

Работе предшествовал отрицательный знак. Внимательный читатель заметит в предыдущем разделе, что W было определено как «работа, выполняемая системой» и имеет знак +. Так что «проделанная работа над системой» имеет отрицательный знак.

— Упражнение 2.

У вас есть воздух в цилиндре с поршнем. Изначально есть 0,4 м 3 газа под давлением 100 кПа и температурой 80ºC. Воздух сжимается до 0,1 м 3 обеспечение постоянной температуры внутри цилиндра во время процесса.

Определите, сколько работы было сделано во время этого процесса.

Решение

Мы используем ранее полученное уравнение для работы, но количество молей неизвестно, которое можно рассчитать с помощью уравнения идеального газа:

80 º C = 80 + 273 K = 353 K.

п₁V₁ = n.R.T → n = P₁V₁ / RT = 100000 Па x 0,4 м 3 /8,3 Дж / моль. K x 353 K = 13,65 моль

Опять же отрицательный знак указывает на то, что в системе были выполнены работы, что всегда происходит при сжатии газа.

Ссылки

Мигель Михура: биография, стиль, работы и фразы

Источник

Изотермический процесс

Из Википедии — свободной энциклопедии

Изотермический [1] или изотермный [2] процесс (от др.-греч. ἴσος «равный» и θέρμη «жар») — термодинамический изопроцесс, происходящий в физической системе при постоянной температуре.

В идеальном газе при изотермическом процессе для неизменной массы газа произведение давления на объём постоянно (закон Бойля-Мариотта):

откуда при изменении объёма или давления, имеем:

P 1 ∗ V 1 = P 2 ∗ V 2 <\displaystyle P_<1>*V_<1>=P_<2>*V_<2>>

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:

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.

Источник