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물리학은 물체와 시스템을 연구하여 움직임, 온도 및 기타 특성을 측정합니다. 물리적 개념은 단세포 유기체에서 기계 및 아원자 시스템, 행성, 별, 은하 및 이를 지배하는 모든 과정에 적용될 수 있습니다. 물리학 내에는 물리적 또는 화학적 반응 동안 에너지 변화(열)와 시스템의 특성에 초점을 맞추는 한 가지인 열역학이 있습니다.
등온 과정은 시스템의 온도가 일정하게 유지되는 열역학적 과정입니다 . 시스템 내부 또는 외부로의 열 전달은 매우 느리게 발생하여 열 평형이 유지됩니다. Thermal이라는 단어는 시스템의 열을 설명하는 용어이며 “iso”는 “동일한”을 의미하므로 “isothermal”은 열 평형을 정의하는 “동일한 열”을 의미합니다.
등온 과정
일반적으로 등온 과정 중에는 내부 에너지, 열 에너지 및 일의 변화가 있습니다. 온도는 항상 일정하게 유지되지만 시스템의 무언가는 해당 온도를 동일하게 유지하기 위해 작동합니다. 이상적인 예는 가스에 열을 공급하여 열 엔진이 작동하는 방식을 기본적으로 설명하는 Carnot 주기입니다. 결과적으로 가스는 실린더에서 팽창하고 피스톤을 밀어 작업을 수행합니다. 그런 다음 다음 열/팽창 주기를 위한 공간을 만들기 위해 열이나 가스를 실린더에서 배출(또는 배출)해야 합니다. 언급된 이 참조는 연소 엔진이 장착된 차량의 엔진 내부에서 발생하는 일에 대한 명확한 예입니다.
설명된 주기가 완전히 효율적이면 압력이 변하는 동안 온도가 일정하게 유지되기 때문에 프로세스는 등온입니다.
등온 과정의 기본 개념을 이해하려면 시스템에서 가스의 작용을 고려해야 합니다. “이상 기체”의 내부 에너지는 온도에만 의존하므로 이상 기체에 대한 등온 과정 동안의 내부 에너지 변화는 0입니다. 시스템에 추가된 모든 열은 압력이 일정하게 유지되는 한 공정을 등온으로 유지하기 위해 작동합니다. 이상기체를 고려할 때 온도를 유지하기 위해 시스템에서 수행한 작업은 시스템의 압력이 증가함에 따라 가스의 부피가 감소해야 함을 시사합니다. 이상 기체 법칙에 따르면 압력은 온도와 양에 따라 선형적으로 변하고 부피에 반비례합니다.
등온 과정과 물질의 상태
등온 과정은 많고 다양합니다. 물이 공기 중으로 증발하는 것도 그 중 하나이며 물이 특정 끓는점까지 끓는 것도 마찬가지입니다.
또한 열 평형을 유지하는 많은 화학 반응이 있으며 생물학에서 세포와 주변 세포(또는 다른 물질)의 상호 작용은 등온 과정을 초래한다고 합니다.
증발, 용융 및 비등도 상 변화입니다. 즉, 일정한 온도와 압력에서 발생하는 물이나 기타 유체 또는 기체의 변화입니다.
등온 과정 추적
물리학에서 이러한 반응과 프로세스의 그래픽 표현은 다이어그램(그래프)을 통해 수행됩니다. 상태 다이어그램에서 등온 프로세스는 일정한 온도를 통해 수직선 또는 3D 다이어그램의 평면을 따라 플롯됩니다. 시스템의 온도를 유지하기 위해 압력과 부피가 변할 수 있습니다.
그들이 변화함에 따라 온도가 일정하게 유지되는 경우에도 물질의 상태가 변경될 수 있습니다. 따라서 물이 끓으면서 증발한다는 것은 온도가 압력 및 부피 변화 시스템과 동일하게 유지됨을 의미합니다. 이것은 다이어그램을 따라 온도(일정하게 유지됨)로 표시됩니다.
등온 과정 연구의 응용
과학자들이 시스템의 등온 과정을 연구할 때 실제로는 열, 에너지, 이들 사이의 연결뿐만 아니라 시스템의 온도를 변경하거나 유지하는 데 필요한 기계적 에너지를 살펴보고 있습니다. 이러한 이해는 생물 학자들이 생물이 어떻게 온도를 조절하는지 연구하는 데 도움이 됩니다. 또한 공학, 우주 과학, 행성 과학, 지질학 및 기타 여러 과학 분야에도 적용됩니다. 열역학적 동력 주기, 즉 등온 과정은 열 엔진의 기본 아이디어입니다. 이러한 장치는 전력 발전소와 위에서 언급한 자동차, 트럭, 비행기 및 기타 차량에 전력을 공급하는 데 사용됩니다. 또한 이러한 시스템은 로켓과 우주선에도 존재합니다.
참조
https://solar-energia.net/termodinamica/procesos-termodinamicos/proceso-isotermico
https://www.thermal-engineering.org/en/what-is-the-isothermal-process-definition/
대학 물리학 , Sears 및 Zemansk, Addison-Wesley 2019
