Izotermni proces je vrsta termodinamične transformacije, pri kateri temperatura sistema ostane konstantna skozi ves proces. To pomeni, da notranja energija sistema ostane konstantna, medtem ko sta toplota in delo, ki se izmenjujeta z okolico, uravnotežena za ohranjanje konstantne temperature.
Pogost primer izotermičnega procesa je ekspanzija plina v valju z batom, pri čemer se skozi ves proces ohranja konstantna temperatura. Drug primer bi bila izotermna kompresija plina v hladilnem ciklu.
Vaje, ki vključujejo izotermne procese, lahko vključujejo izračun opravljenega dela ali toplote, izmenjane med transformacijo, z uporabo ustreznih termodinamičnih enačb. Pomembno je upoštevati, da je pri izotermnem procesu sprememba notranje energije enaka nič, kar poenostavi izračune.
Izotermna transformacija: koncept in praktični primeri njene uporabe v termodinamiki.
Izotermičen proces je proces, pri katerem temperatura sistema ostane konstantna skozi celotno transformacijo. To pomeni, da se toplotna energija izmenjuje z okoljem tako, da temperatura ostane konstantna. Ta vrsta transformacije je pogosta v termodinamičnih sistemih, kjer je temperatura nadzorovana, da se zagotovi stabilnost procesa.
Praktičen primer izotermičnega procesa je stiskanje idealnega plina v valju z gibljivim batom. Če se plin stiska počasi in nadzorovano, temperatura sistema ostane konstantna skozi ves proces. To se zgodi, ker se toplotna energija, ki nastane pri stiskanju, oddaja v okolico in ohranja konstantno temperaturo sistema.
Drug primer izotermičnega procesa je širjenje plina v toplotnem motorju. V tem primeru se temperatura sistema nadzoruje, da se zagotovi učinkovito širjenje plina brez nenadnih temperaturnih sprememb, ki bi lahko vplivale na delovanje motorja.
Ta vrsta procesa je pogosta v termodinamičnih sistemih, kjer se temperatura nadzoruje za zagotovitev stabilnosti in učinkovitosti procesa.
Pomen izotermičnega procesa: konstantno spreminjanje temperature v termodinamičnem sistemu.
Izotermni postopek je temeljni koncept termodinamike, ki se nanaša na konstantno spreminjanje temperature v termodinamičnem sistemu. To pomeni, da temperatura sistema skozi ves proces ostane enaka, nespremenjena. Z drugimi besedami, toplotna energija se izmenjuje z okoljem tako, da temperatura ostane konstantna.
Um primer Pogost primer izotermičnega procesa je širjenje idealnega plina v valju z adiabatnim batom. V tem primeru se plin širi počasi, tako da temperatura sistema ostane konstantna. Drug primer je stiskanje plina v zaprtem sistemu, kjer temperatura plina ostane enaka skozi ves proces.
Da bi bolje razumeli koncept izotermičnega procesa, lahko izvedemo Vaje preprosto. Količino toplote, ki se izmenja med izotermnim procesom, lahko na primer izračunamo z enačbo Q = nRTln(Vf/Vi), kjer Q predstavlja izmenjano toploto, n je količina snovi, R je plinska konstanta, T je temperatura, Vf in Vi pa sta končni oziroma začetni volumen.
Pomembno je razumeti ta koncept za analizo in reševanje problemov, povezanih s termodinamiko.
Vodnik po korakih za ustvarjanje računa ob ohranjanju konstantne temperature.
Izotermni proces je vrsta termodinamične transformacije, pri kateri temperatura sistema ostane konstantna skozi ves proces. To pomeni, da notranja energija sistema ostane enaka, tudi ko se toplota izmenjuje z okolico.
Če želite ustvariti račun, ki vzdržuje konstantno temperaturo, sledite tem korakom:
Korak 1: Izberite primerno posodo za shranjevanje sistema in zagotovite enakomerno temperaturo.
Korak 2: V posodo dodajte potreben material in se prepričajte, da je začetna temperatura želena temperatura za izotermni postopek.
Korak 3: Poskrbite, da bo posoda dobro toplotno izolirana, da se prepreči izmenjava toplote z okoljem.
Korak 4: Nenehno spremljajte temperaturo sistema in jo po potrebi prilagodite, da jo med postopkom ohranjate konstantno.
Praktičen primer izotermičnega procesa je širjenje idealnega plina v toplotno izoliranem batu. Med širjenjem temperatura plina ostane konstantna, kar zagotavlja, da se notranja energija sistema ne spreminja.
Za okrepitev koncepta lahko poskusite rešiti naslednjo vajo: en mol idealnega plina se pri temperaturi 2 K izotermno razteza z 10 litrov na 300 litrov. Kakšno delo opravi plin med tem procesom?
Upam, da je ta članek pojasnil, kaj je izotermni postopek in kako ga ustvariti ob ohranjanju konstantne temperature. Ne pozabite vedno nadzorovati temperature, da zagotovite učinkovitost postopka.
Razumeti pomen izotermne reakcije in njene glavne značilnosti pri konstantni temperaturi.
Izotermičen proces je proces, pri katerem temperatura med reakcijo ostaja konstantna. To pomeni, da je toplotna energija, ki se izmenjuje z okoljem, popolnoma enaka energiji, ki se absorbira ali sprosti med reakcijo, s čimer se temperatura ohranja konstantna. Ta vrsta procesa je zelo pogosta v termodinamičnih sistemih, kjer je temperatura pomemben parameter, ki ga je treba nadzorovati.
Glavne značilnosti izotermne reakcije so konstantna temperatura in odsotnost toplotnih sprememb skozi celoten proces. To omogoča lažjo uporabo termodinamičnih enačb, saj je temperatura znana in konstantna vrednost.
Primer izotermičnega procesa je širjenje idealnega plina pri konstantni temperaturi. V tem primeru temperatura plina ostane konstantna skozi ves proces širjenja, zaradi česar se toplotna energija sistema ne spreminja.
Za boljšo ponazoritev koncepta si lahko ogledamo preprosto vajo: predstavljajte si posodo z idealnim plinom pri začetni temperaturi 300 K. Če se ta plin izotermno širi, pri čemer temperatura ostane konstantna, kakšna bo končna temperatura plina po raztezanju? Odgovor je, da bo končna temperatura prav tako 300 K, saj se pri izotermnem procesu temperatura ne spreminja.
Kaj je izotermičen proces? (Primeri, vaje)
A izotermno izotermičen proces ali reverzibilen termodinamični proces, pri katerem temperatura ostaja konstantna. V plinu obstajajo situacije, ko sprememba v sistemu ne povzroči sprememb temperature, temveč fizikalnih lastnosti.
Te spremembe imenujemo fazne spremembe, ko se snov spremeni iz trdnega v tekoče, iz tekočega v plinasto ali obratno. V teh primerih molekule snovi prilagodijo svoj položaj in dodajo ali odvzamejo toplotno energijo.
Toplotna energija, potrebna za fazno spremembo snovi, se imenuje latentna toplota ali toplota transformacije.
Eden od načinov za izotermičen proces je, da se snov, ki bo preučevani sistem, spravi v stik z zunanjim toplotnim rezervoarjem, ki je še en sistem z visoko kalorično kapaciteto. To povzroči tako počasno izmenjavo toplote, da temperatura ostane konstantna.
Ta vrsta procesa se v naravi pogosto dogaja. Na primer, pri ljudeh se ob dvigu ali padcu telesne temperature počutimo slabo, ker v našem telesu pri konstantni temperaturi poteka nešteto življenjsko pomembnih kemičnih reakcij. To velja za toplokrvne živali na splošno.
Drugi primeri vključujejo led, ki se stopi v spomladanski vročini, in ledene kocke, ki ohladijo pijačo.
Primeri izotermnih procesov
-Presnova toplokrvnih živali poteka pri konstantni temperaturi.
-Ko voda zavre, pride do fazne spremembe iz tekočine v plin, temperatura pa ostane konstantna pri približno 100 °C, saj lahko na vrednost vplivajo tudi drugi dejavniki.
Taljenje ledu je še en pogost izotermičen proces, prav tako kot dajanje vode v zamrzovalnik za izdelavo ledenih kock.
– Avtomobilski motorji, hladilniki in številne druge vrste strojev delujejo pravilno v določenem temperaturnem območju. Naprave, imenovane termostati se uporabljajo za vzdrževanje Temperatura primerno. Pri njegovi zasnovi se uporablja več načel delovanja.
Carnotov cikel
Carnotov motor je idealen stroj, pri katerem se delo pridobiva s popolnoma reverzibilnimi procesi. Je idealen stroj, ker ne upošteva procesov, ki odvajajo energijo, kot sta viskoznost snovi, ki opravlja delo, ali trenje.
Carnotov cikel je sestavljen iz štirih stopenj, od katerih sta dve natančno izotermni, drugi dve pa adiabatni. Izotermne stopnje so stiskanje in raztezanje plina, ki opravlja koristno delo.
Avtomobilski motor deluje na podobnih principih. Gibanje bata znotraj valja se prenaša na druge dele avtomobila, kar ustvarja gibanje. Ne obnaša se kot idealen sistem, kot je Carnotov motor, vendar so termodinamična načela skupna.
Izračun dela, opravljenega v izotermnem procesu
Za izračun dela, ki ga opravi sistem pri konstantni temperaturi, morate uporabiti prvi zakon termodinamike, ki pravi:
ΔU = Q – W
To je drug način izražanja ohranitve energije v sistemu, predstavljen z ΔU ali sprememba energije, Q kot dovedena toplota in končno, W , kar je delo, ki ga opravi zadevni sistem.
Predpostavimo, da je obravnavani sistem idealen plin, ki je vsebovan v valju bata, ki se giblje iz območja A , ki deluje, ko je vaša glasnost V spremembe V 1 za V 2 .
Idealna plinska enačba stanja je PV = nRT , ki povezuje prostornino s tlakom P in temperatura T Vrednosti n in R sta konstanti: n je število molov plina in R je plinska konstanta. V primeru izotermičnega procesa je produkt PV je konstanten.
No, opravljeno delo se izračuna z integracijo majhnega diferencialnega dela, pri katerem sila F povzroči majhen premik dx:
dW = Fdx = PAdx
Como Adx je točno sprememba prostornine dV , potem:
dW = PoE
Za izračun celotnega dela v izotermnem procesu integriramo izraz dW:
Pritisk P in glasnost V so prikazani v diagramu PV kot je prikazano na sliki, opravljeno delo pa je enakovredno površini pod krivuljo:
Como ΔU = 0, Ker temperatura ostane konstantna, imamo v izotermnem procesu:
Q = W
– Vaja 1
Valj s premičnim batom vsebuje idealen plin pri 127 °C. Če bat premaknemo na 10-kratnik njegove začetne prostornine, pri čemer temperatura ostane konstantna, poiščite število molov plina v valju, če je delo, opravljeno na plinu, 38.180 XNUMX J.
Informacije R = 8,3 J/mol·K
Rešitev
Izjava pravi, da temperatura ostaja konstantna, zato gre za izotermičen proces. Za delo, opravljeno na plinu, imamo prej izpeljano enačbo:
127 °C = 127 + 273 K = 400 K
Rešite za n, število molov:
n = W / RT ln (V2 / V1) = -38 180 J / 8,3 J / mol K x 400 K x ln (V 2 / 10 V 2 ) = 5 molov
Pred delom je bil postavljen negativni predznak. Pozoren bralec je morda v prejšnjem razdelku opazil, da je bil W definiran kot "delo, ki ga opravi sistem" in ima predznak +. Zato ima "delo, opravljeno na sistemu", negativni predznak.
– Vaja 2
V valju z batom je zrak. Sprva je 0,4 m 3 plina pod tlakom 100 kPa in temperaturo 80 °C. Zrak se stisne na 0,1 m 3, zagotavljanje, da temperatura v jeklenki med postopkom ostane konstantna.
Določite, koliko dela je opravljenega med tem postopkom.
Rešitev
Uporabimo prej izpeljano enačbo za delo, vendar število molov ni znano, kar lahko izračunamo z enačbo idealnega plina:
80 °C = 80 + 273 K = 353 K.
P 1 V 1 = nRT → n = P 1 V 1 / RT = 100000 Pa x 0,4 m 3 / 8,3 J / mol. K x 353 K = 13,65 mol
W = nRT ln (V 2 /V 1 ) = 13,65 mol x 8,3 J/mol K x 353 K x ln (0,1 / 0,4) = -55.442,26 J
Ponovno negativni predznak pomeni, da je bilo na sistemu opravljeno delo, kar se vedno zgodi, ko je plin stisnjen.
Literatura
- Bauer, W. 2011. Fizika za inženirstvo in znanost. 1. zvezek. McGraw Hill.
- Cengel, Y. 2012. Termodinamika. 7 ma Izdaja. McGraw Hill.
- Figueroa, D. (2005). Serija: Fizika za znanost in tehniko. Zvezek 4. Tekočine in termodinamika. Uredil Douglas Figueroa (USB).
- Knight, R. 2017. Fizika za znanstvenike in inženirje: strateški pristop.
- Serway, R., Vulle, C. 2011. Osnove fizike. 9 na Učenje Cengage.
- Wikipedija. Izotermni proces. Pridobljeno s: en.wikipedia.org.