Kaj je izotermalni proces v fiziki?

Znanost o fiziki proučuje predmete in sisteme za merjenje njihovih gibanj, temperatur in drugih fizičnih lastnosti. Uporablja se lahko za vse, od enoceličnih organizmov do mehanskih sistemov do planetov, zvezd in galaksij ter za procese, ki jim upravljajo. Znotraj fizike oz. termodinamika je veja, ki se osredotoča na spremembe energije (toplote) v lastnostih sistema med fizikalno ali kemično reakcijo.

"Izotermalni proces", ki je termodinamični proces, pri katerem temperatura sistema ostane konstantna. The prenos toplote v ali iz sistema se zgodi tako počasi, da toplotno ravnovesje se vzdržuje. "Termalno" je izraz, ki opisuje toploto sistema. "Iso" pomeni "enako", torej "izotermalno" pomeni "enako toploto", kar je tisto, kar definira toplotno ravnovesje.

Na splošno med izotermičnim procesom pride do spremembe notranjega energija, toplotna energija, in delati, čeprav temperatura ostane enaka. Nekaj ​​v sistemu deluje, da ohranja enako temperaturo. En preprost idealen primer je Carnotov cikel, ki v bistvu opisuje, kako deluje toplotni motor z dovajanjem toplote plinu. Kot rezultat, se plin razširi v valju in to potisne bat, da opravi nekaj dela. Toplota ali plin je treba nato izvleči iz jeklenke (ali jo odvreči), da lahko pride do naslednjega ogrevalnega / ekspanzijskega cikla. To se na primer zgodi znotraj avtomobilskega motorja. Če je ta cikel popolnoma učinkovit, je postopek izotermičen, ker se temperatura ohranja, medtem ko se tlak spreminja.

Če želite razumeti osnove izotermičnega procesa, upoštevajte delovanje plinov v sistemu. Notranja energija an idealen plin je odvisna samo od temperature, zato je sprememba notranje energije med izotermalnim postopkom za idealen plin je tudi 0. V takem sistemu vsa toplota, dodana v sistem (plin), izvaja delo za vzdrževanje izotermalnega procesa, dokler tlak ostane stalen. V bistvu, ko razmišljamo o idealnem plinu, delo, ki ga sistem izvaja za vzdrževanje temperature, pomeni, da se mora volumen plina zmanjšati, ko se pritisk na sistem poveča.

Izotermalni procesi so številni in raznoliki. Izhlapevanje vode v zrak je enako, kot tudi vrelišče vode v določenem vrelišču. Obstaja tudi veliko kemičnih reakcij, ki vzdržujejo toplotno ravnovesje, v biologiji pa naj bi bil medsebojni vpliv celice z okoliškimi celicami (ali drugimi snovmi) izotermičen proces.

Izhlapevanje, taljenje in vrenje so tudi "fazne spremembe". To je sprememba vode (ali drugih tekočin ali plinov), ki potekajo pri konstantni temperaturi in tlaku.

V fiziki se grafikovanje takšnih reakcij in procesov izvede s pomočjo diagramov (grafov). V fazni diagram, je izotermičen postopek prikazan z navpično črto (ali ravnino v 3D) fazni diagram) vzdolž konstantne temperature. Tlak in prostornina se lahko spreminjata, da se ohrani temperatura sistema.

Ko se spremenijo, lahko snov spremeni svojo stanje materije tudi ko njegova temperatura ostane konstantna. Tako izhlapevanje vode, ko zavre, pomeni, da temperatura ostane enaka, ko sistem spreminja tlak in volumen. To se nato nariše s tempirajočo konstanto obstoja vzdolž diagrama.

Ko znanstveniki preučujejo izotermalne procese v sistemih, resnično preučujejo toploto in energijo povezavo med njimi in mehansko energijo, ki je potrebna za spremembo ali vzdrževanje temperature a sistem. Takšno razumevanje pomaga biologom, da preučijo, kako živa bitja uravnavajo svoje temperature. Igra se tudi v inženirstvu, vesoljski znanosti, planetarni znanosti, geologiji in mnogih drugih vejah znanosti. Termodinamični cikli moči (in s tem izotermični procesi) so osnovna ideja toplotnih motorjev. Ljudje uporabljajo te naprave za napajanje električnih naprav in, kot že omenjeno, avtomobile, tovornjake, letala in druga vozila. Poleg tega takšni sistemi obstajajo na raketah in vesoljskih plovilih. Za povečanje učinkovitosti teh sistemov in procesov inženirji uporabljajo načela toplotnega upravljanja (z drugimi besedami, upravljanja temperature).

Uredil in posodobil Carolyn Collins Petersen.