Hva er en isotermisk prosess i fysikk?

Vitenskapen om fysikk studerer objekter og systemer for å måle deres bevegelser, temperaturer og andre fysiske egenskaper. Det kan brukes på alt fra encellede organismer til mekaniske systemer til planeter, stjerner og galakser og prosessene som styrer dem. Innen fysikk, termodynamikk er en gren som konsentrerer seg om endringer av energi (varme) i egenskapene til et system under fysisk eller kjemisk reaksjon.

Den "isotermiske prosessen", som er en termodynamisk prosess der temperaturen i et system forblir konstant. De overføring av varme inn eller ut av systemet skjer så sakte at termisk likevekt opprettholdes. "Termisk" er et begrep som beskriver varmen til et system. "Iso" betyr "lik", så "isotermisk" betyr "lik varme", som er det som definerer termisk likevekt.

Generelt sett skjer det en intern endring under en isotermisk prosess energi, varme energi, og arbeid, selv om temperaturen forblir den samme. Noe i systemet fungerer for å opprettholde den like temperaturen. Et enkelt ideelt eksempel er Carnot Cycle, som i utgangspunktet beskriver hvordan en varmemotor fungerer ved å tilføre varme til en gass. Som et resultat ekspanderer gassen i en sylinder, og det presser et stempel for å gjøre noe arbeid. Varmen eller gassen må deretter skyves ut av sylinderen (eller dumpes) slik at neste varme / ekspansjonssyklus kan finne sted. Dette er hva som for eksempel skjer inne i en bilmotor. Hvis denne syklusen er fullstendig effektiv, er prosessen isoterm fordi temperaturen holdes konstant mens trykket endres.

For å forstå det grunnleggende i den isotermiske prosessen, bør du vurdere handlingen til gasser i et system. Den indre energien til en ideell gass avhenger bare av temperaturen, så endringen i indre energi under en isotermisk prosess for en ideell gass er også 0. I et slikt system utfører all varme som tilsettes et system (av gass) arbeid for å opprettholde den isotermiske prosessen, så lenge trykket forblir konstant. Når man vurderer en ideell gass, betyr arbeidet som gjøres for å opprettholde temperaturen, at volumet av gassen må reduseres når trykket på systemet øker.

Isotermiske prosesser er mange og varierte. Fordamping av vann i luften er en, og det samme er kokingen av vann på et spesifikt kokepunkt. Det er også mange kjemiske reaksjoner som opprettholder termisk likevekt, og innen biologi sies samspillet mellom en celle og dens omgivende celler (eller andre stoffer) å være en isoterm prosess.

Fordampning, smelting og koking er også "faseendringer". Det vil si at de er endringer i vann (eller andre væsker eller gasser) som finner sted ved konstant temperatur og trykk.

I fysikk kartlegges slike reaksjoner og prosesser ved hjelp av diagrammer (grafer). I en fasediagram, er en isotermisk prosess kartlagt ved å følge en vertikal linje (eller plan, i en 3D) fasediagram) langs en konstant temperatur. Trykket og volumet kan endres for å opprettholde temperaturen i systemet.

Når de endrer seg, er det mulig for et stoff å endre dets når det gjelder selv om temperaturen holder seg konstant. Fordampning av vann når det koker betyr at temperaturen forblir den samme som systemet endrer trykk og volum. Dette blir deretter kartlagt med temperering som holder seg konstant langs diagrammet.

Når forskere studerer isotermiske prosesser i systemer, undersøker de virkelig varme og energi og forbindelsen mellom dem og den mekaniske energien det tar å endre eller opprettholde temperaturen på a system. Slik forståelse hjelper biologer å studere hvordan levende vesener regulerer temperaturen. Det kommer også inn i ingeniørvitenskap, romvitenskap, planetarvitenskap, geologi og mange andre vitenskapsgrener. Termodynamiske kraftsykluser (og dermed isotermiske prosesser) er den grunnleggende ideen bak varmemotorer. Mennesker bruker disse enhetene til å drive elektriske generatoranlegg og, som nevnt ovenfor, biler, lastebiler, fly og andre kjøretøyer. I tillegg finnes slike systemer på raketter og romfartøy. Ingeniører bruker prinsipper for termisk styring (med andre ord temperaturstyring) for å øke effektiviteten til disse systemene og prosessene.

Redigert og oppdatert av Carolyn Collins Petersen.