Tabla de Contenidos
A fizika tudománya tárgyakat és rendszereket vizsgál, hogy mérje mozgásukat, hőmérsékletüket és egyéb jellemzőit. A fizikai fogalmak az egysejtű szervezetektől a mechanikai és szubatomi rendszerekig, bolygókig, csillagokig, galaxisokig és az ezeket irányító összes folyamatig bármire alkalmazhatók. A fizikán belül létezik a termodinamika, amely az energiaváltozásokra (hőre) és a rendszer tulajdonságaira összpontosít bármilyen fizikai vagy kémiai reakció során.
Az izoterm folyamat egy termodinamikai folyamat, amelyben a rendszer hőmérséklete állandó marad . A hőátadás a rendszerbe vagy onnan olyan lassan megy végbe, hogy a termikus egyensúly megmarad. A termikus szó egy olyan kifejezés, amely egy rendszer hőjét írja le, az „iso” jelentése „egyenlő”, így az „izoterm” jelentése „egyenlő hő”, ami meghatározza a termikus egyensúlyt.
Az izoterm folyamat
Általánosságban elmondható, hogy az izoterm folyamat során a belső energia, a hőenergia és a munka megváltozik; Bár a hőmérséklet mindig állandó marad, valami a rendszerben azért működik, hogy ezt a hőmérsékletet változatlan maradjon, ideális példa erre a Carnot-ciklus, amely alapvetően leírja, hogyan működik a hőmotor a gáz hőellátásával. Ennek eredményeként a gáz egy hengerben kitágul, és egy dugattyút nyom a munka elvégzéséhez; akkor a hőt vagy a gázt ki kell üríteni a palackból (vagy ki kell üríteni), hogy helyet adjunk a következő hő/tágulási ciklusnak. Ez az említett hivatkozás világos példája annak, hogy mi történik egy belső égésű motorral rendelkező jármű motorjában.
Ha az ismertetett ciklus teljesen hatékony, akkor a folyamat izoterm, mivel a hőmérséklet állandó marad, miközben a nyomás változik.
Az izoterm folyamat alapfogalmainak megértéséhez figyelembe kell vennünk a gázok működését egy rendszerben. Az „ideális gáz” belső energiája csak a hőmérséklettől függ, ezért a belső energiaváltozás izoterm folyamat során ideális gáz esetén 0; A rendszerhez hozzáadott összes hő úgy működik, hogy a folyamat izotermikus maradjon, amíg a nyomás állandó marad. Ha egy ideális gázt vizsgálunk, a rendszeren a hőmérséklet fenntartása érdekében végzett munka azt sugallja, hogy a gáz térfogatának csökkennie kell a rendszerben lévő nyomás növekedésével. Az ideális gáztörvény szerint a nyomás lineárisan változik a hőmérséklettel és a mennyiséggel, és fordítottan a térfogattal.
Izoterm folyamatok és halmazállapotok
Az izoterm folyamatok sokfélék és változatosak. A víz levegőbe párolgása az egyik ilyen, csakúgy, mint a víz meghatározott forráspontig történő felforralása.
Számos kémiai reakció is fenntartja a termikus egyensúlyt, és a biológiában a sejt kölcsönhatása a környező sejtekkel (vagy más anyagokkal) izoterm folyamatot eredményez.
A párolgás, az olvadás és a forráspont szintén fázisváltozások, vagyis vízben vagy más folyadékokban vagy gázokban végbemenő változások, amelyek állandó hőmérsékleten és nyomáson mennek végbe.
Izoterm folyamat nyomon követése
A fizikában ezen reakciók, folyamatok grafikus ábrázolása diagramok (grafikonok) segítségével történik. A fázisdiagramon egy izoterm folyamatot ábrázolunk egy függőleges vonal mentén, vagy egy síkot egy 3D diagramon, állandó hőmérsékleten keresztül; a nyomás és a térfogat változhat a rendszer hőmérsékletének fenntartása érdekében.
Változásuk során előfordulhat, hogy egy anyag megváltoztatja halmazállapotát, még akkor is, ha hőmérséklete állandó marad; ezért a víz elpárolgása forrás közben azt jelenti, hogy a hőmérséklet ugyanaz marad, mint a nyomás- és térfogatváltozás rendszere; ezt a hőmérséklettel (amely állandó marad) ábrázoljuk a diagram mentén.
Az izoterm folyamatok vizsgálatának alkalmazásai
Amikor a tudósok a rendszerekben zajló izoterm folyamatokat tanulmányozzák, valójában a hőt, az energiát és a köztük lévő kapcsolatot, valamint a rendszer hőmérsékletének megváltoztatásához vagy fenntartásához szükséges mechanikai energiát vizsgálják. Ez a megértés segít a biológusoknak tanulmányozni, hogyan szabályozzák az élőlények hőmérsékletüket. Ez vonatkozik a mérnöki tudományra, az űrtudományra, a bolygókutatásra, a geológiára és sok más tudományágra is. A hőmotorok alapötlete a termodinamikai teljesítményciklusok, és így az izoterm folyamatok. Ezeket az eszközöket villamosenergia-termelő erőművek és – amint fentebb említettük – autók, teherautók, repülőgépek és egyéb járművek táplálására használják; Ezenkívül ezek a rendszerek rakétákban és űrhajókban is léteznek.
Hivatkozások
https://solar-energia.net/termodinamica/procesos-termodinamicos/proceso-isotermico
https://www.thermal-engineering.org/en/what-is-the-isothermal-process-definition/
Egyetemi fizika , Sears és Zemansk, Addison-Wesley 2019
