Tabla de Contenidos
Fysikens vetenskap studerar föremål och system för att mäta deras rörelser, temperaturer och andra egenskaper. Fysiska koncept kan appliceras på allt från encelliga organismer till mekaniska och subatomära system, planeter, stjärnor, galaxer och alla processer som styr dem. Inom fysiken finns termodynamik, som är en gren som fokuserar på energiförändringar (värme) och på egenskaperna hos ett system under någon fysisk eller kemisk reaktion.
En isotermisk process är en termodynamisk process där temperaturen i ett system förblir konstant . Värmeöverföring in i eller ut ur systemet sker så långsamt att termisk jämvikt upprätthålls. Ordet termisk är en term som beskriver värmen i ett system, ”iso” betyder ”lika”, så ”isotermisk” betyder ”lika värme”, vilket är det som definierar termisk jämvikt.
Den isotermiska processen
I allmänhet sker under en isotermisk process en förändring i intern energi, termisk energi och arbete; Även om temperaturen alltid förblir konstant, fungerar något i systemet för att hålla den temperaturen densamma, ett idealiskt exempel är Carnot-cykeln, som i grunden beskriver hur en värmemotor fungerar genom att tillföra värme till en gas. Som ett resultat expanderar gasen i en cylinder och trycker på en kolv för att utföra arbetet; då måste värmen eller gasen drivas ut ur cylindern (eller tömmas) för att göra plats för nästa värme-/expansionscykel. Denna referens som nämns är ett tydligt exempel på vad som händer inuti motorn på ett fordon med förbränningsmotor.
Om den förklarade cykeln är helt effektiv är processen isotermisk, eftersom temperaturen förblir konstant medan trycket ändras.
För att förstå de grundläggande begreppen i den isotermiska processen måste vi ta hänsyn till verkan av gaser i ett system. Den inre energin hos en ”idealgas” beror endast på temperaturen, så den interna energiförändringen under en isotermisk process för en idealgas är lika med 0; all värme som tillförs ett system fungerar för att hålla processen isoterm, så länge som trycket förblir konstant. När man överväger en idealgas, tyder arbetet på systemet för att hålla temperaturen på att volymen av gasen måste minska när trycket i systemet ökar. Enligt den ideala gaslagen varierar trycket linjärt med temperatur och kvantitet, och omvänt med volymen.
Isotermiska processer och materia tillstånd
Isotermiska processer är många och varierande. Avdunstning av vatten till luften är en av dem, liksom kokning av vatten till en specifik kokpunkt.
Det finns också många kemiska reaktioner som upprätthåller termisk jämvikt, och inom biologi sägs en cells interaktioner med dess omgivande celler (eller andra material) resultera i en isoterm process.
Avdunstning, smältning och kokning är också fasförändringar, det vill säga de är förändringar i vatten eller andra vätskor eller gaser som sker vid konstant temperatur och tryck.
Spåra en isoterm process
Inom fysiken sker den grafiska representationen av dessa reaktioner och processer med hjälp av diagram (grafer). På ett fasdiagram plottas en isoterm process längs en vertikal linje, eller ett plan på ett 3D-diagram, genom en konstant temperatur; trycket och volymen kan ändras för att upprätthålla temperaturen i systemet.
När de förändras är det möjligt för ett ämne att ändra sitt materiatillstånd, även när dess temperatur förblir konstant; därför innebär avdunstning av vatten när det kokar att temperaturen förblir densamma som systemet för tryck- och volymförändringar; detta plottas med temperaturen (som förblir konstant) längs diagrammet.
Tillämpningar av studiet av isotermiska processer
När forskare studerar isotermiska processer i system, tittar de verkligen på värme, energi och sambandet mellan dem, såväl som den mekaniska energi som behövs för att ändra eller bibehålla temperaturen i ett system. Denna förståelse hjälper biologer att studera hur levande varelser reglerar sin temperatur. Det gäller även teknik, rymdvetenskap, planetvetenskap, geologi och många andra vetenskapsgrenar. Termodynamiska kraftcykler, och därför isotermiska processer, är grundtanken bakom värmemotorer. Dessa enheter används för att driva elkraftverk och, som nämnts ovan, bilar, lastbilar, flygplan och andra fordon; Dessutom finns dessa system även i raketer och rymdfarkoster.
Referenser
https://solar-energia.net/termodinamica/procesos-termodinamicos/proceso-isotermico
https://www.thermal-engineering.org/en/what-is-the-isothermal-process-definition/
University Physics , Sears och Zemansk, Addison-Wesley 2019
