Что такое изотермический процесс в физике?

Наука физики изучает объекты и системы для измерения их движений, температур и других физических характеристик. Он может быть применен ко всему: от одноклеточных организмов до механических систем, планет, звезд и галактик и процессов, которые ими управляют. В физике термодинамика является отраслью, которая концентрируется на изменениях энергии (тепла) в свойствах системы во время любой физической или химической реакции.

«Изотермический процесс», который является термодинамическим процессом, в котором температура системы остается постоянной. передача тепла в или из системы происходит так медленно, что тепловое равновесие поддерживается. «Термический» - это термин, который описывает тепло системы. «Изо» означает «равный», поэтому «изотермический» означает «равное тепло», что и определяет тепловое равновесие.

Вообще, во время изотермического процесса происходит изменение внутреннего энергия, тепловая энергия, и Работахотя температура остается прежней. Что-то в системе работает для поддержания этой равной температуры. Один простой идеальный пример - цикл Карно, который в основном описывает, как работает тепловой двигатель, поставляя тепло газу. В результате газ расширяется в цилиндре, и это толкает поршень, чтобы сделать некоторую работу. Тепло или газ должны быть затем вытолкнуты из цилиндра (или сброшены), чтобы иметь место следующий цикл нагрева / расширения. Это то, что происходит внутри двигателя автомобиля, например. 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 идеальный газ зависит только от температуры, поэтому изменение внутренней энергии во время изотермического процесса для идеальный газ также 0. В такой системе все тепло, добавляемое в систему (газа), выполняет работу по поддержанию изотермического процесса, пока давление остается постоянным. По сути, при рассмотрении идеального газа работа системы над поддержанием температуры означает, что объем газа должен уменьшаться с увеличением давления в системе.

Изотермических процессов много и они разнообразны. Испарение воды в воздух одно, как и кипение воды при определенной температуре кипения. Существует также много химических реакций, которые поддерживают тепловое равновесие, и в биологии взаимодействие клетки с окружающими ее клетками (или другим веществом) называется изотермическим процессом.

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

В физике картирование таких реакций и процессов осуществляется с помощью диаграмм (графиков). В фазовая диаграмма, изотермический процесс изображается по вертикальной линии (или плоскости, в 3D фазовая диаграмма) по постоянной температуре. Давление и объем могут изменяться для поддержания температуры системы.

Когда они меняются, вещество может изменить свое состояние материи даже когда его температура остается постоянной. Таким образом, испарение воды во время кипения означает, что температура остается такой же, как система изменяет давление и объем. Это затем наносится на карту с постоянной температуры по диаграмме.

Когда ученые изучают изотермические процессы в системах, они действительно изучают тепло и энергию и связь между ними и механической энергией, необходимой для изменения или поддержания температуры система. Такое понимание помогает биологам изучать, как живые существа регулируют свою температуру. Это также входит в игру в разработке, космической науке, планетологии, геологии и многих других отраслях науки. Термодинамические энергетические циклы (и, следовательно, изотермические процессы) являются основной идеей тепловых двигателей. Люди используют эти устройства для питания электростанций и, как упоминалось выше, легковых, грузовых автомобилей, самолетов и других транспортных средств. Кроме того, такие системы существуют на ракетах и ​​космических кораблях. Инженеры применяют принципы управления температурой (другими словами, управление температурой), чтобы повысить эффективность этих систем и процессов.

Отредактировано и обновлено Кэролин Коллинз Петерсен.