Kas yra izoterminis procesas fizikoje?

Fizikos mokslas tiria objektus ir sistemas, kad išmatuotų jų judesius, temperatūrą ir kitas fizines savybes. Jis gali būti pritaikytas bet kur - nuo vienaląsčių organizmų iki mechaninių sistemų iki planetų, žvaigždžių ir galaktikų bei juos valdančių procesų. Fizikoje, termodinamika yra šaka, kurioje susitelkiama į pokyčius energijos (šilumos), esančios sistemos savybėse, metu bet kokios fizinės ar cheminės reakcijos metu.

„Izoterminis procesas“ - tai termodinaminis procesas, kurio metu sistemos temperatūra išlieka pastovi. šilumos perdavimas į sistemą arba iš jos nutinka taip lėtai, kad šiluminė pusiausvyra yra išlaikomas. „Šiluminis“ yra terminas, apibūdinantis sistemos šilumą. „Iso“ reiškia „lygus“, taigi „izoterminis“ reiškia „vienodą šilumą“, būtent tai ir apibūdina šiluminę pusiausvyrą.

Apskritai, izoterminio proceso metu keičiasi vidinis energija, šilumos energijair darbas, nors temperatūra išlieka ta pati. Kažkas sistemoje veikia palaikant tą pačią temperatūrą. Vienas paprastas idealus pavyzdys yra „Carnot Cycle“, kuris iš esmės apibūdina, kaip šilumos variklis veikia tiekdamas šilumą dujoms. Dėl to dujos išsiplečia cilindre, ir tai stumia stūmoklį tam tikram darbui atlikti. Tada šiluma arba dujos turi būti išstumtos iš cilindro (arba išmestas), kad galėtų įvykti kitas šilumos / išsiplėtimo ciklas. Pavyzdžiui, tai nutinka automobilio variklyje. Jei šis ciklas yra visiškai efektyvus, procesas yra izoterminis, nes keičiantis slėgiui temperatūra palaikoma pastovi.

Norėdami suprasti izoterminio proceso pagrindus, atsižvelkite į dujų veikimą sistemoje. Vidinė energija idealios dujos priklauso tik nuo temperatūros, todėl vidinės energijos pokytis izoterminio proceso metu idealios dujos taip pat yra 0. Tokioje sistemoje visa į sistemą (dujų) pridėta šiluma atlieka izoterminio proceso palaikymą, jei slėgis išlieka pastovus. Iš esmės, svarstant idealias dujas, darbas, atliekamas sistemoje palaikant temperatūrą, reiškia, kad padidėjus slėgiui sistemoje dujų tūris turi sumažėti.

Izoterminiai procesai yra daug ir įvairūs. Vandens išgaravimas ore, kaip ir vandens virimas tam tikroje virimo temperatūroje. Taip pat yra daug cheminių reakcijų, palaikančių šiluminę pusiausvyrą, o biologijoje ląstelės sąveika su aplinkinėmis ląstelėmis (ar kitomis medžiagomis) yra sakoma, kad tai izoterminis procesas.

Garinimas, tirpimas ir virimas taip pat yra „fazės pokyčiai“. Tai yra, tai yra vandens (ar kitų skysčių ar dujų) pokyčiai, kurie vyksta esant pastoviai temperatūrai ir slėgiui.

Fizikoje tokios reakcijos ir procesai pavaizduojami diagramomis (grafikais). Į a fazių schema, izoterminis procesas nubraižomas pagal vertikalią liniją (arba plokštumą) 3D formatu fazių schema) išilgai pastovios temperatūros. Slėgis ir tūris gali kisti, norint palaikyti sistemos temperatūrą.

Kai jie keičiasi, medžiaga gali pakeisti savo materijos būsena net kol jo temperatūra išlieka pastovi. Taigi, kai vanduo išgaruoja verdant, temperatūra išlieka tokia pati, nes sistemai keičiant slėgį ir tūrį. Po to diagrama atvaizduojama taip, kad grūdinimas išliktų pastovus išilgai diagramos.

Kai mokslininkai tiria izoterminius procesus sistemose, jie iš tikrųjų tiria šilumą ir energiją bei ryšys tarp jų ir mechaninė energija, kurios reikia norint pakeisti ar palaikyti a temperatūrą sistema. Toks supratimas padeda biologams ištirti, kaip gyvos būtybės reguliuoja savo temperatūrą. Tai taip pat taikoma inžinerijos, kosmoso mokslo, planetų mokslo, geologijos ir daugelyje kitų mokslo sričių. Termodinaminiai galios ciklai (taigi ir izoterminiai procesai) yra pagrindinė šilumos variklių idėja. Žmonės šiuos prietaisus naudoja elektros energijos gamybos įrenginiams ir, kaip minėta, automobiliams, sunkvežimiams, lėktuvams ir kitoms transporto priemonėms varyti. Be to, tokios sistemos egzistuoja raketose ir erdvėlaiviuose. Inžinieriai taiko šiluminio valdymo (kitaip tariant, temperatūros valdymo) principus, kad padidintų šių sistemų ir procesų efektyvumą.

Redagavo ir atnaujino Carolyn Collins Petersen.