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La science physique étudie les objets et les systèmes pour mesurer leurs mouvements, leurs températures et d’autres caractéristiques. Les concepts physiques peuvent être appliqués à tout, des organismes unicellulaires aux systèmes mécaniques et subatomiques, aux planètes, aux étoiles, aux galaxies et à tous les processus qui les régissent. Au sein de la physique, il y a la thermodynamique, qui est une branche qui se concentre sur les changements d’énergie (chaleur) et sur les propriétés d’un système au cours de toute réaction physique ou chimique.
Un processus isotherme est un processus thermodynamique dans lequel la température d’un système reste constante . Le transfert de chaleur vers ou hors du système se produit si lentement que l’équilibre thermique est maintenu. Le mot thermique est un terme qui décrit la chaleur d’un système, « iso » signifie « égal », donc « isotherme » signifie « chaleur égale », c’est ce qui définit l’équilibre thermique.
Le processus isotherme
En général, lors d’un processus isotherme, il y a un changement d’énergie interne, d’énergie thermique et de travail ; Bien que la température reste toujours constante, quelque chose dans le système fonctionne pour maintenir cette température, un exemple idéal étant le cycle de Carnot, qui décrit essentiellement le fonctionnement d’un moteur thermique en fournissant de la chaleur à un gaz. En conséquence, le gaz se dilate dans un cylindre et pousse un piston pour faire le travail ; alors la chaleur ou le gaz doit être expulsé du cylindre (ou déchargé) afin de faire de la place pour le prochain cycle de chaleur/expansion. Cette référence qui est mentionnée est un exemple clair de ce qui se passe à l’intérieur du moteur d’un véhicule à moteur thermique.
Si le cycle expliqué est parfaitement efficace, le processus est isotherme, car la température reste constante tandis que la pression change.
Pour comprendre les concepts de base du processus isotherme, il faut prendre en compte l’action des gaz dans un système. L’énergie interne d’un « gaz parfait » ne dépend que de la température, de sorte que le changement d’énergie interne au cours d’un processus isotherme pour un gaz parfait est égal à 0 ; toute la chaleur ajoutée à un système fonctionne pour maintenir le processus isotherme, tant que la pression reste constante. Lorsque l’on considère un gaz parfait, le travail effectué sur le système pour maintenir la température suggère que le volume du gaz doit diminuer à mesure que la pression dans le système augmente. Selon la loi des gaz parfaits, la pression varie linéairement avec la température et la quantité, et inversement avec le volume.
Processus isothermes et états de la matière
Les processus isothermes sont nombreux et variés. L’évaporation de l’eau dans l’air en fait partie, tout comme l’ébullition de l’eau à un point d’ébullition spécifique.
Il existe également de nombreuses réactions chimiques qui maintiennent l’équilibre thermique et, en biologie, on dit que les interactions d’une cellule avec ses cellules environnantes (ou d’autres matériaux) entraînent un processus isotherme.
L’évaporation, la fusion et l’ébullition sont également des changements de phase, c’est-à-dire qu’il s’agit de changements dans l’eau ou d’autres fluides ou gaz qui se produisent à température et pression constantes.
Traçage d’un processus isotherme
En physique, la représentation graphique de ces réactions et processus se fait au moyen de diagrammes (graphes). Sur un diagramme de phase, un processus isotherme est tracé le long d’une ligne verticale, ou d’un plan sur un diagramme 3D, à travers une température constante ; la pression et le volume peuvent changer pour maintenir la température du système.
Au fur et à mesure qu’ils changent, il est possible qu’une substance change d’état de matière, même lorsque sa température reste constante; par conséquent, l’évaporation de l’eau lorsqu’elle bout signifie que la température reste la même que le système de changement de pression et de volume ; ceci est tracé avec la température (qui reste constante) le long du diagramme.
Applications de l’étude des processus isothermes
Lorsque les scientifiques étudient les processus isothermes dans les systèmes, ils s’intéressent en fait à la chaleur, à l’énergie et à la connexion entre eux, ainsi qu’à l’énergie mécanique nécessaire pour modifier ou maintenir la température d’un système. Cette compréhension aide les biologistes à étudier comment les êtres vivants régulent leur température. Cela s’applique également à l’ingénierie, aux sciences spatiales, aux sciences planétaires, à la géologie et à de nombreuses autres branches de la science. Les cycles de puissance thermodynamiques, et donc les processus isothermes, sont l’idée de base des moteurs thermiques. Ces appareils sont utilisés pour alimenter des centrales électriques et, comme mentionné ci-dessus, des voitures, des camions, des avions et d’autres véhicules ; De plus, ces systèmes existent également dans les fusées et les engins spatiaux.
Les références
https://solar-energia.net/termodinamica/procesos-termodinamicos/proceso-isotermico
https://www.thermal-engineering.org/en/what-is-the-isothermal-process-definition/
Physique universitaire , Sears et Zemansk, Addison-Wesley 2019
