Što je izotermalni proces u fizici?

Znanost fizike proučava predmete i sustave za mjerenje njihovih pokreta, temperatura i drugih fizičkih karakteristika. Može se primijeniti na sve, od jednostaničnih organizama do mehaničkih sustava, do planeta, zvijezda i galaksija i procesa koji upravljaju njima. U okviru fizike, termodinamika je grana koja se koncentrira na promjene energije (topline) u svojstvima sustava tijekom bilo koje fizičke ili kemijske reakcije.

"Izotermalni proces", koji je termodinamički proces, u kojem temperatura sustava ostaje konstantna. prijenos topline u sustav ili van njega događa se tako sporo da toplinska ravnoteža se održava. "Toplinski" je pojam koji opisuje toplinu sustava. "Iso" znači "jednak", pa "izotermalni" znači "jednaka toplina", što je ono što definira toplinsku ravnotežu.

Općenito, tijekom izotermalnog procesa dolazi do promjene unutarnjeg energija, toplinska energija, i raditi, iako temperatura ostaje ista. Nešto u sustavu radi na održavanju te jednake temperature. Jedan jednostavan idealan primjer je Carnotov ciklus, koji u osnovi opisuje kako toplinski motor radi opskrbljujući toplinom plin. Kao rezultat toga, plin se širi u cilindru, i to gura klip da obavi neki posao. Toplina ili plin tada se moraju izbaciti iz cilindra (ili ispustiti) kako bi se mogao dogoditi sljedeći ciklus topline / širenja. Na primjer, to se događa u automobilu. Ako je ovaj ciklus potpuno učinkovit, postupak je izotermalan, jer se temperatura održava konstantnom, dok se tlak mijenja.

Da biste razumjeli osnove izotermalnog procesa, razmotrite djelovanje plinova u sustavu. Unutarnja energija an idealan plin ovisi isključivo o temperaturi, tako da promjena unutarnje energije tijekom izotermalnog procesa za an idealan plin je i 0. U takvom sustavu sva toplina dodana u sustav (plin) obavlja rad za održavanje izotermalnog procesa, sve dok tlak ostaje konstantan. U osnovi, kada se uzme u obzir idealni plin, rad koji se obavlja na sustavu za održavanje temperature znači da se volumen plina mora smanjivati ​​kako se pritisak u sustavu povećava.

Izotermalni procesi su mnogobrojni i raznoliki. Isparavanje vode u zrak je jedno, jednako kao i ključanje vode u određenom vrelištu. Također postoje mnoge kemijske reakcije koje održavaju toplinsku ravnotežu, a u biologiji je interakcija stanice s okolnim stanicama (ili drugom materijom) rečeno da je izotermalni proces.

Isparavanje, taljenje i vrenje također su "fazne promjene". Odnosno, to su promjene vode (ili drugih tekućina ili plinova) koje se odvijaju pri konstantnoj temperaturi i tlaku.

U fizici se grafički prikaz takvih reakcija i procesa vrši pomoću dijagrama (grafova). U fazni dijagram, izotermalni proces se ocrtava slijedeći vertikalnu liniju (ili ravninu, u 3D) fazni dijagram) uz stalnu temperaturu. Tlak i volumen mogu se mijenjati kako bi se održala temperatura u sustavu.

Kako se oni mijenjaju, moguće je da tvar promijeni svoje stanje materije čak i dok njegova temperatura ostaje konstantna. Dakle, isparavanje vode dok ključa znači da temperatura ostaje ista kao što sustav mijenja tlak i volumen. To se zatim ucrtava s postojanom konstantom zadržavanja duž dijagrama.

Kada znanstvenici proučavaju izotermalne procese u sustavima, oni stvarno istražuju toplinu i energiju i povezanost između njih i mehaničku energiju koja je potrebna za promjenu ili održavanje temperature a sustav. Takvo razumijevanje pomaže biolozima da prouče kako živa bića reguliraju svoje temperature. Također dolazi u igru ​​u inženjerstvu, svemirskoj znanosti, planetarnoj znanosti, geologiji i mnogim drugim granama znanosti. Termodinamički ciklusi snage (a time i izotermalni procesi) osnovna su ideja toplinskih motora. Ljudi koriste ove uređaje za napajanje električnih postrojenja i, kao što je već spomenuto, automobile, kamione, avione i druga vozila. Osim toga, takvi sustavi postoje na raketama i svemirskim brodovima. Inženjeri primjenjuju principe upravljanja toplinom (drugim riječima upravljanja temperaturom) kako bi povećali učinkovitost ovih sustava i procesa.

Uredio i ažurirao korisnik Carolyn Collins Petersen.