Что такое изотермический процесс в физике?

Физика изучает объекты и системы для измерения их движения, температуры и других физических характеристик. Его можно применить ко всему, от одноклеточных организмов до механических систем, планет, звезд и галактик и процессов, которые ими управляют. В физике термодинамика – это отрасль, которая концентрируется на изменении энергии (тепла) свойств системы во время любой физической или химической реакции.

«Изотермический процесс», который представляет собой термодинамический процесс, при котором температура системы остается постоянной. Передача тепла в систему или из нее происходит так медленно, что сохраняется тепловое равновесие. Термин «тепловой» описывает тепло системы. «Изотермический» означает «равное количество тепла», что и определяет тепловое равновесие.

Изотермический процесс

Как правило, во время изотермического процесса изменяется внутренняя энергия, тепловая энергия и работа, даже если температура остается прежней. Что-то в системе работает, чтобы поддерживать такую ​​одинаковую температуру. Одним из простых идеальных примеров является цикл Карно, который в основном описывает, как работает тепловой двигатель, передавая тепло газу. В результате газ расширяется в цилиндре, и поршень совершает некоторую работу. Затем тепло или газ необходимо вытолкнуть из цилиндра (или сбросить), чтобы мог произойти следующий цикл нагрева/расширения. Это то, что происходит, например, внутри автомобильного двигателя. Если этот цикл полностью эффективен, процесс является изотермическим, поскольку температура поддерживается постоянной при изменении давления.

Чтобы понять основы изотермического процесса, рассмотрим действие газов в системе. Внутренняя энергия идеального газа зависит исключительно от температуры, поэтому изменение внутренней энергии во время изотермического процесса для идеального газа также равно 0. В такой системе все тепло добавляется к Система (газа) выполняет работу по поддержанию изотермического процесса, пока давление остается постоянным. По сути, при рассмотрении идеального газа работа, проделанная в системе для поддержания температуры, означает, что объем газа должен уменьшаться по мере увеличения давления в системе.

Изотермические процессы и состояния вещества

Изотермические процессы многочисленны и разнообразны. Испарение воды в воздух – одно, как и кипение воды при определенной температуре кипения. Существует также множество химических реакций, которые поддерживают тепловое равновесие, и в биологии взаимодействие клетки с окружающими клетками (или другим веществом) считается изотермическим процессом.

Испарение, плавление и кипение также являются «фазовыми переходами». То есть они представляют собой изменения воды (или других жидкостей или газов), которые происходят при постоянной температуре и давлении..

Построение изотермического процесса

В физике отображение таких реакций и процессов выполняется с помощью диаграмм (графиков). На фазовой диаграмме изотермический процесс изображен по вертикальной линии (или плоскости на трехмерной фазовой диаграмме) вдоль постоянной температуры. Давление и объем могут изменяться, чтобы поддерживать температуру в системе.

По мере их изменения, вещество может изменить свое состояние. имеет значение, даже если его температура остается постоянной. Таким образом, испарение воды по мере ее кипения означает, что температура остается такой же, как и система изменяет давление и объем. Затем это отображается на диаграмме, при этом температура остается постоянной.

Что все это означает

Когда ученые изучают изотермические процессы в системах, они на самом деле исследуют тепло и энергию и связь между их и механической энергии, необходимой для изменения или поддержания температуры системы. Такое понимание помогает биологам изучать, как живые существа регулируют свою температуру. Он также используется в инженерии, космической науке, планетологии, геологии и многих других областях науки. Термодинамические энергетические циклы (и, следовательно, изотермические процессы) являются основной идеей тепловых двигателей. Люди используют эти устройства для питания электростанций и, как упоминалось выше, автомобилей, грузовиков, самолетов и других транспортных средств. Кроме того, такие системы есть на ракетах и ​​космических кораблях. Инженеры применяют принципы управления температурой (другими словами, управление температурой) для повышения эффективности этих систем и процессов.

Отредактировано и обновлено Кэролайн Коллинз Петерсен.

Оцените статью
recture.ru
Добавить комментарий