Ізотермічний процес-це процес, при якому температура системи залишається постійною. Важливою характеристикою ізотермічного процесу є зміна внутрішньої енергії системи. Внутрішня енергія-це сума кінетичної та потенційної енергії всіх частинок системи.
Зміна внутрішньої енергії (ΔU) в ізотермічному процесі можна розрахувати за допомогою наступної формули:
ΔU = n * R * ln(V2/V1)
де ΔU - зміна внутрішньої енергії, n-кількість речовини в системі, R-універсальна газова постійна, V1 і V2 - обсяги системи на початку і кінці процесу відповідно.
Важливо відзначити, що в ізотермічному процесі теплообмін між системою і навколишнім середовищем відбувається таким чином, щоб підтримувати постійну температуру системи. Це означає, що тепло, отримане або віддане системою, компенсується зміною роботи системи.
Ізотермічний процес широко застосовується в різних областях, таких як термодинаміка та хімія. Цей процес дозволяє управляти зміною внутрішньої енергії системи при постійній температурі, що може бути корисно при проведенні різних експериментів і розрахунках.
Визначення та особливості ізотермічного процесу
На відміну від адіабатичного та ізохорного процесів, ізотермічний процес відбувається при постійній температурі, а не при постійному об'ємі або без теплообміну з навколишнім середовищем. Ізотермічні процеси можуть відбуватися, наприклад, при досить повільному нагріванні або охолодженні газу, щоб підтримувати постійну температуру.
Однією з особливостей ізотермічного процесу є те, що тиск і об'єм газу взаємопов'язані за законом Бойля-Маріотта. Відповідно до цього закону, тиск і обсяг обернено пропорційні: якщо тиск збільшується, то обсяг зменшується, і навпаки.
Ізотермічний процес можна описати за допомогою рівняння ідеального газу: PV = const, де P-тиск газу, V - його об'єм. Дане рівняння дозволяє розрахувати зміну одного параметра (тиску або обсягу), якщо відомі значення іншого параметра і постійна температура процесу.
Важливо відзначити, що внутрішня енергія газу залишається постійною під час ізотермічного процесу. Це означає, що вся робота, що здійснюється над або над системою, повністю компенсується зміною теплової енергії газу.
Залежність температури від зміни обсягу
У разі ізотермічного процесу зміна обсягу газу тягне за собою зміну його температури. Для того щоб висловити цю залежність, можна використовувати рівняння стану ідеального газу:
де P-тиск газу, V - його обсяг, n - кількість речовини газу, R - універсальна газова постійна, t - абсолютна температура газу. У разі ізотермічного процесу температура газу залишається постійною, що дозволяє спростити рівняння:
Якщо газ знаходиться під тиском P1 при обсязі V1 і змінює свій обсяг до V2 під тиском P2, то можна записати наступне співвідношення:
Звідси можна висловити залежність температури газу від зміни його обсягу:
Дане співвідношення дозволяє розрахувати зміну температури газу при зміні його обсягу. Якщо об'єм газу збільшується (V2 > V1), то його тиск зменшується (P2 < P1), що тягне за собою збільшення температури газу. Якщо ж обсяг газу зменшується (V2 < V1), то его давление увеличивается (P2 >P1), що призводить до зменшення температури газу.
Таким чином, зміна обсягу газу в ізотермічному процесі впливає на його температуру і можна розрахувати цю зміну за допомогою співвідношення між об'ємом і тиском газу.
Формула для розрахунку зміни внутрішньої енергії
Формула для розрахунку зміни внутрішньої енергії в ізотермічному процесі виглядає наступним чином:
ΔU = Q - W
- ΔU - зміна внутрішньої енергії системи
- Q - теплота, отримана або передана системі
- W - робота, виконана системою
З даної формули випливає, що зміна внутрішньої енергії системи дорівнюватиме різниці між поглиненої теплотою і виконаною роботою.
В ідеальному газі зміна внутрішньої енергії (ΔU) залежить тільки від зміни обсягу (ΔV) і числа молей газу (n), і може бути розраховано за формулою:
ΔU = nRΔT
- ΔU - зміна внутрішньої енергії системи
- n - кількість молей газу
- R - універсальна газова постійна
- ΔT - зміна температури системи
Використовуючи дану формулу, можна розрахувати зміну внутрішньої енергії системи в ізотермічному процесі і визначити вплив різних факторів на цей процес.