Шта је изотермални процес у физици?

Наука о физици проучава објекте и системе да би измерила њихове покрете, температуре и друге физичке карактеристике. Може се применити на било шта, од једноћелијских организама до механичких система, до планета, звезда и галаксија и процеса који њима управљају. У оквиру физике, термодинамика је грана која се концентрише на промене енергије (топлоте) у својствима система током било које физичке или хемијске реакције.

„Изотермални процес“, који је термодинамички процес у коме температура система остаје константна. Тхе пренос топлоте у систем или ван њега се дешава тако споро да топлотна равнотежа се одржава. „Термално“ је појам који описује топлоту система. "Исо" значи "једнак", тако да "изотермални" значи "једнака топлота", што је оно што дефинише топлотну равнотежу.

Уопште, током изотермалног процеса долази до промене унутрашњег енергије, топлотна енергија, и посао, иако температура остаје иста. Нешто у систему делује на одржавању те исте температуре. Један једноставан идеалан пример је Царнотов циклус, који у основи описује како топлотни мотор ради испоручујући топлоту гасу. Као резултат тога, гас се шири у цилиндру, и то гура клип да обави неки посао. Топлина или гас тада морају бити избачени из цилиндра (или испуштени) како би се могао догодити следећи циклус топлоте / ширења. Ово се, на пример, дешава у аутомобилу. Ако је овај циклус потпуно ефикасан, поступак је изотермалан, јер се температура одржава константном, док се притисак мења.

Да бисте разумели основе изотермалног процеса, размотрите деловање гасова у систему. Унутрашња енергија ан идеални гас зависи искључиво од температуре, тако да промена унутрашње енергије током изотермалног процеса за ан идеални гас такође је 0. У таквом систему сва топлота додата у систем (гаса) обавља рад за одржавање изотермалног процеса, све док је притисак константан. У основи, када се узме у обзир идеалан гас, рад на систему за одржавање температуре значи да се запремина гаса мора смањивати како се притисак на систему повећава.

Изотермални процеси су многобројни и разнолики. Испаравање воде у ваздух је једно, исто као и кључање воде у одређеној тачки кључања. Такође постоје многе хемијске реакције које одржавају термичку равнотежу, а у биологији се интеракција ћелије са околним ћелијама (или другом материјом) наводи да је изотермални процес.

Испаравање, топљење и кључање су такође "промене фаза". Односно, то су промене воде (или других течности или гасова) које се одвијају при константној температури и притиску.

У физици се графички приказ таквих реакција и процеса врши помоћу дијаграма (графикона). У а фазни дијаграм, изотермални процес се графички приказује следећи вертикалном линијом (или равнином, у 3Д-у) фазни дијаграм) уз сталну температуру. Притисак и запремина се могу мењати како би се одржала температура система.

Како се оне мењају, могуће је и да супстанца промени свој стање материје чак и док његова температура остаје константна. Према томе, испаравање воде док кључа значи да температура остаје иста као што систем мења притисак и запремину. То се затим графички приказује са постојаном константом задржавања дуж дијаграма.

Када научници проучавају изотермалне процесе у системима, они заиста истражују топлоту и енергију и веза између њих и механичке енергије која је потребна за промену или одржавање температуре а систем. Такво разумевање помаже биолозима да проуче како жива бића регулишу своје температуре. Такође се примењује у инжењерству, свемирској науци, планетарној науци, геологији и многим другим гранама науке. Термодинамички циклуси снаге (а тиме и изотермални процеси) су основна идеја топлотних мотора. Људи користе ове уређаје за напајање електричних постројења и, као што је већ поменуто, аутомобиле, камионе, авионе и друга возила. Поред тога, такви системи постоје на ракетама и свемирским бродовима. Инжењери примењују принципе топлотног управљања (другим речима, управљања температуром) како би повећали ефикасност ових система и процеса.

Уредио и ажурирао Царолин Цоллинс Петерсен.