En isotermisk process är en typ av termodynamisk transformation där systemets temperatur förblir konstant under hela processen. Det betyder att systemets inre energi förblir konstant, medan värme och arbete som utbyts med omgivningen balanseras för att bibehålla en konstant temperatur.
Ett vanligt exempel på en isotermisk process är expansionen av en gas i en cylinder med en kolv, vilket bibehåller en konstant temperatur under hela processen. Ett annat exempel skulle vara isotermisk kompression av en gas i en kylcykel.
Övningar som involverar isotermiska processer kan innefatta att beräkna det arbete som utförs eller värmeutbytet under omvandlingen, med hjälp av lämpliga termodynamiska ekvationer. Det är viktigt att komma ihåg att i en isotermisk process är den interna energiförändringen noll, vilket förenklar beräkningarna.
Isotermisk transformation: koncept och praktiska exempel på dess tillämpning inom termodynamik.
En isotermisk process är en process där systemets temperatur förblir konstant under hela transformationen. Det innebär att termisk energi utbyts med omgivningen på ett sådant sätt att temperaturen förblir konstant. Denna typ av transformation är vanlig i termodynamiska system, där temperaturen kontrolleras för att säkerställa processstabilitet.
Ett praktiskt exempel på en isotermisk process är kompressionen av en ideal gas i en cylinder med en rörlig kolv. Om gasen komprimeras långsamt och kontrollerat förblir systemtemperaturen konstant under hela processen. Detta sker eftersom den termiska energin som genereras av kompressionen avges till omgivningen, vilket hålls konstant i systemtemperaturen.
Ett annat exempel på en isotermisk process är expansionen av en gas i en värmemotor. I detta fall kontrolleras systemtemperaturen för att säkerställa att gasexpansionen sker effektivt, utan plötsliga temperaturförändringar som kan påverka motorns drift.
Denna typ av process är vanlig i termodynamiska system, där temperaturen kontrolleras för att säkerställa processstabilitet och effektivitet.
Betydelsen av isotermisk process: konstant temperaturvariation i ett termodynamiskt system.
Den isotermiska processen är ett grundläggande begrepp inom termodynamiken som hänvisar till en konstant temperaturvariation i ett termodynamiskt system. Detta innebär att systemets temperatur förblir densamma under hela processen, utan att förändras. Med andra ord utbyts termisk energi med omgivningen på ett sådant sätt att temperaturen förblir konstant.
Um exempel Ett vanligt exempel på en isotermisk process är expansionen av en ideal gas i en cylinder med en adiabatisk kolv. I detta fall expanderar gasen långsamt, så att systemets temperatur förblir konstant. Ett annat exempel är kompressionen av en gas i ett slutet system, där gasens temperatur förblir densamma under hela processen.
För att bättre förstå konceptet med en isotermisk process kan vi utföra övningar enkelt. Till exempel kan vi beräkna mängden värme som utbyts under en isotermisk process med hjälp av ekvationen Q = nRTln(Vf/Vi), där Q representerar den värmeutbytta, n är mängden materia, R är gaskonstanten, T är temperaturen och Vf och Vi är slut- respektive initialvolymerna.
Det är viktigt att förstå detta koncept för att analysera och lösa problem relaterade till termodynamik.
Steg-för-steg-guide för att skapa ett konto samtidigt som du bibehåller en konstant temperatur.
En isotermisk process är en typ av termodynamisk transformation där systemets temperatur förblir konstant under hela processen. Det betyder att systemets inre energi förblir densamma, även när värme utbyts med omgivningen.
För att skapa ett konto som upprätthåller en konstant temperatur, följ dessa steg:
Steg 1: Välj en lämplig behållare för att förvara systemet och se till att temperaturen hålls jämn.
Steg 2: Tillsätt nödvändigt material i behållaren och se till att den initiala temperaturen är den önskade temperaturen för den isotermiska processen.
Steg 3: Se till att behållaren är väl värmeisolerad för att undvika värmeutbyte med omgivningen.
Steg 4: Övervaka ständigt systemtemperaturen och gör justeringar vid behov för att hålla den konstant under hela processen.
Ett praktiskt exempel på en isotermisk process är expansionen av en ideal gas i en termiskt isolerad kolv. Under expansionen förblir gastemperaturen konstant, vilket säkerställer att systemets inre energi inte förändras.
För att förstärka konceptet kan du försöka lösa följande uppgift: en mol av en ideal gas genomgår en isotermisk expansion från 2 liter till 10 liter vid en temperatur på 300 K. Vilket arbete utför gasen under processen?
Jag hoppas att den här artikeln har klargjort vad en isotermisk process är och hur man skapar en samtidigt som man bibehåller en konstant temperatur. Kom ihåg att alltid hålla temperaturen under kontroll för att säkerställa processens effektivitet.
Förstå innebörden av en isotermisk reaktion och dess huvudsakliga egenskaper vid konstant temperatur.
En isotermisk process är en process där temperaturen förblir konstant under hela reaktionen. Det betyder att värmeenergin som utbyts med omgivningen är exakt lika med den energi som absorberas eller frigörs under reaktionen, vilket hålls konstant. Denna typ av process är mycket vanlig i termodynamiska system, där temperaturen är en viktig parameter att kontrollera.
De viktigaste egenskaperna hos en isotermisk reaktion är konstant temperatur och frånvaro av termisk variation genom hela processen. Detta gör att termodynamiska ekvationer kan tillämpas enklare, eftersom temperaturen är ett känt och konstant värde.
Ett exempel på en isotermisk process är expansionen av en ideal gas vid en konstant temperatur. I detta fall förblir gasens temperatur konstant under hela expansionsprocessen, vilket håller systemets termiska energi oförändrad.
För att bättre illustrera konceptet kan vi betrakta en enkel övning: föreställ dig en behållare med en ideal gas vid en initialtemperatur på 300 K. Om denna gas expanderar isotermiskt och hålls konstant, vad blir då gasens sluttemperatur efter expansionen? Svaret är att sluttemperaturen också kommer att vara 300 K, eftersom temperaturen inte förändras i en isotermisk process.
Vad är en isotermisk process? (Exempel, övningar)
A isotermisk isotermisk process eller en reversibel termodynamisk process där temperaturen förblir konstant. I en gas finns det situationer där en förändring i systemet inte producerar variationer i temperatur, utan i fysikaliska egenskaper.
Dessa förändringar kallas fasförändringar, när ett ämne övergår från fast till flytande, från vätska till gasform eller vice versa. I dessa fall justerar ämnets molekyler sin position, vilket lägger till eller tar bort termisk energi.
Den termiska energi som krävs för att en fasförändring ska ske i ett ämne kallas latent värme eller omvandlingsvärme.
Ett sätt att göra en process isotermisk är att placera ämnet som ska vara det system som studeras i kontakt med en extern termisk reservoar, vilket är ett annat system med hög kalorikapacitet. Detta resulterar i ett så långsamt värmeutbyte att temperaturen förblir konstant.
Den här typen av process förekommer ofta i naturen. Till exempel hos människor, när vår kroppstemperatur stiger eller sjunker, mår vi illa, eftersom otaliga livsuppehållande kemiska reaktioner sker i våra kroppar vid en konstant temperatur. Detta gäller för varmblodiga djur i allmänhet.
Andra exempel är is som smälter i vårvärmen och isbitar som kyler ner drycken.
Exempel på isotermiska processer
-Varmblodiga djurs ämnesomsättning sker vid en konstant temperatur.
-När vatten kokar sker en fasförändring, från vätska till gas, och temperaturen förblir konstant vid cirka 100ºC, eftersom andra faktorer kan påverka värdet.
Att smälta is är en annan vanlig isotermisk process, liksom att lägga vatten i frysen för att göra isbitar.
– Bilmotorer, kylskåp och många andra typer av maskiner fungerar korrekt inom ett visst temperaturintervall. Apparater som kallas termostater används för att underhålla temperatur lämplig. Flera driftsprinciper används i dess design.
Carnotcykeln
En Carnot-motor är en idealisk maskin från vilken arbete erhålls tack vare helt reversibla processer. Det är en idealisk maskin eftersom den inte tar hänsyn till processer som avleder energi, såsom viskositeten hos ämnet som utför arbetet eller friktion.
Carnotcykeln består av fyra steg, varav två är exakt isotermiska och de andra två adiabatiska. De isotermiska stegen är kompression och expansion av en gas som ansvarar för att producera nyttigt arbete.
En bilmotor fungerar enligt liknande principer. Rörelsen hos en kolv inuti cylindern överförs till andra delar av bilen, vilket producerar rörelse. Den beter sig inte som ett idealiskt system som Carnot-motorn, men de termodynamiska principerna är vanliga.
Beräkning av arbete utfört i en isotermisk process
För att beräkna arbetet som utförs av ett system när temperaturen är konstant måste du använda termodynamikens första lag, som säger:
ΔU = Q – W
Detta är ett annat sätt att uttrycka energins bevarande i systemet, presenterat genom ΔU eller energiförändring, Q som den tillförda värmen och slutligen, W , vilket är det arbete som utförs av systemet i fråga.
Antag att systemet i fråga är en ideal gas som finns i cylindern på en kolv som rör sig från arean A , vilket fungerar när din volym V förändringar av V 1 till V 2 .
Den ideala gasens tillståndsekvation är PV = nRT , vilket relaterar volym till tryck P och temperatur T Värdena på n och R är konstanter: n är antalet mol gas och R är gaskonstanten. Vid en isotermisk process är produkten PV den är konstant.
Jo, det utförda arbetet beräknas genom att integrera ett litet differentialarbete, där en kraft F producerar en liten förskjutning dx:
dW = Fdx = PAdx
Como ADX är exakt variationen i volym dV , sedan:
dW = PoE
För att få det totala arbetet i en isotermisk process integreras dW-uttrycket:
Trycket P och volymen V är ritade i ett diagram PV som visas i figuren och det utförda arbetet är ekvivalent med arean under kurvan:
Como ΔU = 0, Eftersom temperaturen förblir konstant, i en isotermisk process, har vi:
Q = W
– Övning 1
En cylinder med en rörlig kolv innehåller en ideal gas vid 127 °C. Om kolven flyttas till 10 gånger sin ursprungliga volym, och temperaturen hålls konstant, beräkna antalet mol gas som finns i cylindern om arbetet som utförs på gasen är 38.180 XNUMX J.
uppgifter R = 8,3 J / mol. K
Lösning
Påståendet säger att temperaturen förblir konstant, så vi befinner oss i en isotermisk process. För det arbete som utförs på gasen har vi ekvationen som härletts tidigare:
127ºC = 127 + 273K = 400K
Lös ut n, antalet mol:
n = W / RT ln (V2 / V1) = -38 180 J / 8,3 J / mol K x 400 K x ln (V 2 / 10V 2 ) = 5 mol
Ett negativt tecken placerades före arbete. Den uppmärksamme läsaren kanske lade märke till i föregående avsnitt att W definierades som "det arbete som utförs av systemet" och har ett plustecken. Därför har "arbete som utförs på systemet" ett negativt tecken.
– Övning 2
Det finns luft i en cylinder med en kolv. Ursprungligen är det 0,4 m 3 av gas under ett tryck på 100 kPa och en temperatur på 80 °C. Luften komprimeras till 0,1 m 3, vilket säkerställer att temperaturen inuti cylindern förblir konstant under processen.
Bestäm hur mycket arbete som utförs under denna process.
Lösning
Vi använder ekvationen för arbete som härletts tidigare, men antalet mol är okänt, vilket kan beräknas med den ideala gasekvationen:
80 ºC = 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 XNUMX J
Återigen indikerar det negativa tecknet att arbete utfördes på systemet, vilket alltid händer när gas komprimeras.
Referenser
- Bauer, W. 2011. Fysik för teknik och naturvetenskap. Volym 1. McGraw Hill.
- Cengel, Y. 2012. Termodynamik. 7 ma Utgåva. McGraw Hill.
- Figueroa, D. (2005). Serie: Fysik för vetenskap och teknik. Volym 4. Fluider och termodynamik. Redigerad av Douglas Figueroa (USB).
- Knight, R. 2017. Fysik för forskare och ingenjörer: ett strategiskt tillvägagångssätt.
- Serway, R., Vulle, C. 2011. Fundamentals of Physics. 9 na Cengage-lärande.
- Wikipedia. Isotermisk process. Hämtad från: sv.wikipedia.org.