A fizika tudománya tárgyakat és rendszereket tanulmányozza annak mozgása, hőmérséklete és más fizikai tulajdonságok mérésére. Alkalmazható bármi számára, az egysejtű szervezetektől a mechanikus rendszerekig, a bolygókig, csillagokig és galaxisokig, valamint az őket irányító folyamatokig. A fizikán belül, A termodinamika egy olyan ág, amely a változásokra koncentrál energia (hő) mennyisége a rendszer tulajdonságaiban bármilyen fizikai vagy kémiai reakció során.
Az "izoterm folyamat", amely termodinamikai folyamat, amelynek során a rendszer hőmérséklete állandó marad. Az hőátadás a rendszerbe való belépés vagy onnan való kilépés olyan lassan történik, hogy termikus egyensúly karban van tartva. A "hő" egy olyan kifejezés, amely leírja a rendszer hőjét. Az "iso" jelentése "egyenlő", tehát az "izoterm" azt jelenti "egyenlő hő", ez határozza meg a termikus egyensúlyt.
Az izoterm folyamat
Általában az izotermikus folyamat során megváltozik a belső energia, hőenergiaés munka, bár a hőmérséklet változatlan marad. Valami a rendszerben működik az azonos hőmérséklet fenntartásában. Egy egyszerű ideális példa a Carnot Cycle, amely alapvetően leírja, hogy egy hőmotor hogyan működik, ha hőt szolgáltat egy gázhoz. Ennek eredményeként a gáz kitágul egy hengerben, és ez egy dugattyút nyomja meg, hogy némi munkát végezzen. A hőt vagy a gázt ezután ki kell nyomni a hengerből (vagy le kell dobni), hogy a következő hő / tágulási ciklus megtörténjen. Például ez történik egy autómotorban. Ha ez a ciklus teljesen hatékony, akkor a folyamat izoterm, mivel a hőmérsékletet állandóan tartják, míg a nyomás megváltozik.
Az izotermikus folyamat alapjainak megértése érdekében fontolja meg a gázok működését egy rendszerben. Egy belső energia ideális gáz kizárólag a hőmérséklettől függ, tehát a belső energia változása egy izotermikus folyamat során ideális gáz szintén 0. Egy ilyen rendszerben a rendszerhez (gáz) hozzáadott összes hő elvégzi az izotermikus folyamat fenntartását, mindaddig, amíg a nyomás állandó marad. Lényegében az ideális gáz mérlegelésekor a rendszeren a hőmérséklet fenntartása érdekében végzett munka azt jelenti, hogy a gáz térfogatának csökkennie kell a rendszerre gyakorolt nyomás növekedésével.
Izotermikus folyamatok és az anyag állapota
Az izotermikus folyamatok sokféle és változatos. A víz levegőn történő párolgása, mint például a víz forrása egy meghatározott forráspontnál. Számos olyan kémiai reakció is létezik, amelyek fenntartják a termikus egyensúlyt, és a biológiában egy sejtnek a környező sejtekkel (vagy más anyaggal) történő kölcsönhatásait izoterm folyamatnak tekintik.
A párolgás, az olvadás és a forráspont szintén "fázisváltozás". Vagyis ezek a vízben (vagy más folyadékban vagy gázban) változások, amelyek állandó hőmérsékleten és nyomáson történnek.
Egy izotermikus folyamat ábrázolása
A fizikában az ilyen reakciók és folyamatok ábrázolása diagramok (grafikonok) segítségével történik. A fázisdiagram, egy izotermikus folyamatot függőleges vonal (vagy sík) követésével ábrázolunk 3D-ben fázisdiagram) állandó hőmérsékleten. A nyomás és a térfogat megváltozhat a rendszer hőmérsékletének fenntartása érdekében.
Ahogy változnak, lehetséges, hogy egy anyag megváltoztassa halmazállapot még akkor is, ha hőmérséklete állandó marad. Így a víz párolgása forrásakor azt jelenti, hogy a hőmérséklet változatlan marad, amikor a rendszer megváltoztatja a nyomást és a térfogatot. Ezt azután ábrázolják, miközben a mérsékelt állandó marad a diagram mentén.
Mit jelent az egész
Amikor a tudósok a rendszerek izotermikus folyamatait tanulmányozzák, valóban megvizsgálják a hőt és az energiát, valamint a közötti kapcsolat és az a hőmérséklet megváltoztatásához vagy fenntartásához szükséges mechanikus energia rendszer. Ez a megértés segít a biológusoknak megtanulni, hogy az élőlények hogyan szabályozzák hőmérsékleteiket. A műszaki, űrtudományi, bolygótudományi, geológiai és sok más tudományág területén is játszik szerepet. A termodinamikai teljesítményciklusok (és így izotermikus folyamatok) a hőmotorok alapvető gondolata. Az emberek ezeket az eszközöket elektromos áramfejlesztő berendezések és - mint fentebb említettük - autók, teherautók, repülőgépek és egyéb járművek táplálására használják. Ezen felül léteznek ilyen rendszerek rakétákban és űrhajókban. A mérnökök a hőkezelés (más szóval a hőmérséklet-szabályozás) elveit alkalmazzák e rendszerek és folyamatok hatékonyságának fokozására.
Szerkesztette és frissítette: Carolyn Collins Petersen.