Proces izotermiczny: 31 rzeczy, których większość początkujących nie wie

by

Treść

Definicja izotermiczna

Proces izotermiczny to proces termodynamiczny. W tym procesie izotermicznym temperatura systemu pozostaje stała przez cały czas. Jeśli weźmiemy pod uwagę temperaturę to T. Zmiana temperatury to ΔT.

Dla procesu izotermicznego możemy powiedzieć, że ΔT = 0

Ekspansja izotermiczna

Rozszerzalność izotermiczna zwiększa objętość przy stałej temperaturze systemu.

Izotermiczna - stała temperaturowa

Rozbudowa - zwiększanie głośności

Proces izotermiczny: ekspansja
Ekspansja izotermiczna

Rozważmy układ tłok-cylinder, aby zrozumieć, czy tłok porusza się od BDC (dolny martwy punkt) do GMP (górny martwy punkt) przy stałej temperaturze gazu. Ten proces izotermiczny jest uważany za ekspansję izotermiczną.

Kompresja izotermiczna

Kompresja izotermiczna to zmniejszenie objętości przy stałej temperaturze systemu.

Izotermiczna - stała temperaturowa

Kompresja - zmniejszanie głośności

cylinder tłokowy 2
Kompresja izotermiczna

Rozważmy inny warunek, jeśli tłok się porusza TDC do BDC (Dolny martwy punkt) przy stałej temperaturze gazu. Ten proces izotermiczny jest uważany za kompresję izotermiczną.

Izotermiczna vs adiabatyczna

Izotermiczna oznacza stałą temperaturę.

Adiabatyczna oznacza Stałą energię cieplną.

Niektóre warunki dla procesu izotermicznego to:

  • Temperatura powinna pozostać stała.
  • Zmiana musi następować w wolnym tempie.
  • Ciepło właściwe gazu jest nieskończone.

Niektóre podstawowe warunki adiabatyczne są następujące:

  • W adiabatyce nie dochodzi do wymiany ciepła.
  • Zmiana musi nastąpić bardzo szybko.
  • Ciepło właściwe gazu wynosi 0 (zero).

Kalorymetria izotermiczna

Jest to jedna technika znajdowania interakcji parametrów termodynamicznych w roztworze chemicznym. Za pomocą kalorymetrii izotermicznej można znaleźć powinowactwo wiązania, stechiometrię wiązania i zmiany entalpii między interakcjami dwóch lub więcej cząsteczek.

Wzmocnienie izotermiczne

Jest to jedna z technik wykorzystywanych do monitorowania patogenów. W tej technice DNA jest amplifikowane z zachowaniem czułości wyższej niż wzorcowa reakcja łańcuchowa polimerazy (PCR)

Amplifikacja izotermicznego kwasu nukleinowego

Amplifikacja izotermiczna kwasów nukleinowych jest techniką wydajną i szybciej akumulującą kwas nukleinowy w procesie izotermicznym. To prosty i skuteczny proces. Od tego czasu, około 1990 roku, opracowano wiele izotermicznych procesów amplifikacji jako alternatywy dla łańcuchowej reakcji polimerazy (PCR).

Diagram przemian izotermicznych

Do zrozumienia kinetyki stali zastosowano diagram przemiany izotermicznej. Jest również znany jako diagram transformacji czas-temperatura.

Diagram TTT o rozdzielczości 375 pikseli
Diagram przemian czasowo-temperaturowych Kredyt Wikipedia

Jest to związane z właściwościami mechanicznymi, mikroskładnikami / mikrostrukturami i obróbką cieplną stali węglowych.

Diagram izotermicznej PV

Izotermiczna fotowoltaika 800px
Diagram izotermicznej PV Kredyt Wikipedia

Przykład procesu izotermicznego

Izotermia to proces, w którym temperatura systemu pozostaje niezmieniona lub stała.

Weźmy na przykład lodówkę i pompę ciepła. Tutaj w obu przypadkach energia cieplna jest pobierana i dodawana, ale temperatura systemu pozostaje stała.

Przykłady: lodówka, pompa ciepła

Praca izotermiczna

Skorzystaliśmy z diagramu PV powyżej paragrafu. Jeśli chcemy napisać na to wzór wykonanej pracy. Powinniśmy wziąć pod uwagę pole pod krzywą AB-VA-VB. Pracę wykonaną dla tej całki można podać jako:

W= nRT lnfrac{{Vb}}{Va}

Tutaj w równaniu

n to liczba moli

R jest stałą gazową

T to temperatura w kelwinach

Warstwa izotermiczna

Termin „warstwa izotermiczna” jest używany w naukach o atmosferze. Definiuje się ją jako pionową warstwę powietrza lub gazu o stałej temperaturze na całej wysokości. Taka sytuacja ma miejsce na niskim poziomie troposfery w różnych sytuacjach adwekcyjnych.

Izotermiczna PCR

Pełna forma PCR to reakcja łańcuchowa polimerazy. Ta reakcja jest stosowana w technikach amplifikacji izotermicznej do amplifikacji DNA.

Równanie procesu izotermicznego

Jeśli weźmiemy pod uwagę uniwersalne prawo gazowe, równanie jest podane poniżej,

PV = nRT

Tutaj jest to proces izotermiczny, więc T = stała,

PV = stała

Powyższe równanie jest dobre dla zamkniętego systemu zawierającego gaz doskonały.

Omówiliśmy wcześniej wykonaną pracę. Możemy rozważyć to równanie dla procesu izotermicznego. Jak wiemy z rysunku Vb to objętość końcowa, a Va to objętość początkowa.

W= nRT lnfrac{{Vb}}{Va}

Ekspansja izotermiczna gazu doskonałego

  • Izotermiczny - temperatura jest stała.
  • Ekspansja - głośność rośnie.

Oznacza to, że ekspansja izotermiczna zwiększa objętość przy stałej temperaturze systemu.

W tym stanie gaz działa praca, więc praca będzie ujemna, ponieważ gaz dostarcza energię do zwiększenia objętości.

Zmiana energii wewnętrznej również wynosi zero ΔU = 0 (gaz idealny, stała temperatura)

Wrev = -int_{Va}^{Va}P dV

Wrev = -int_{Va}^{Va}frac{nRT}{V} dV

Wrev = -nRTlnleft | frac{Vb}{Va} dobrze |

Odwracalna ekspansja izotermiczna

Ten temat jest omówiony w wyjaśnieniu izotermicznej ekspansji gazu doskonałego.

Reakcja izotermiczna

Reakcja chemiczna zachodząca w jednej temperaturze, lub możemy powiedzieć w stałej temperaturze, jest reakcją izotermiczną. Nie ma potrzeby zmiany temperatury, aby kontynuować reakcję do końca.

Nieodwracalna ekspansja izotermiczna

Nieodwracalny proces to prawdziwy proces, z którym w rzeczywistości mamy do czynienia prawie przez cały czas. Systemu i jego otoczenia nie można przywrócić do stanu początkowego.

Układ izotermiczny

Omówiliśmy układ izotermiczny w ekspansji i kompresji, jeśli weźmiemy pod uwagę układ tłok-cylinder.

Istnieją pewne założenia dotyczące tego systemu, takie jak:

  • Nie ma tarcia między tłokiem a cylindrem
  • Nie ma strat ciepła ani pracy z systemu
  • Energia wewnętrzna układu powinna być stała przez cały proces izotermiczny.

Jeśli dostarczymy ciepło na dno cylindra, tłok przesunie się z BDC do GMP, jak pokazano na rysunku. Jest to ekspansja izotermiczna. Podobnie, w odwróconej kompresji izotermicznej, jak wyjaśniliśmy wcześniej. Ten kompletny system jest izotermiczny.

Izotermiczny moduł masowy

Moduł objętościowy jest wzajemnością ściśliwości.

B(izotermiczny) = -frac{Delta P}{frac{Delta V}{V}}

Tutaj terminem jest izotermiczny moduł masowy. Można go zdefiniować jako stosunek zmiany ciśnienia do zmiany objętości w stałej temperaturze. Jest równe P (ciśnienie), jeśli rozwiążemy powyższe równanie.

Izotermiczna energia wewnętrzna

Omówiliśmy wcześniej, że energia wewnętrzna procesu stałej temperatury pozostaje stała.

Współczynnik ściśliwości izotermicznej

Współczynnik ściśliwości izotermicznej można przyjąć jako zmianę objętości na jednostkę zmiany ciśnienia. Znana jest również jako ściśliwość oleju. Jest szeroko stosowany do szacowania zasobów ropy naftowej lub gazu w badaniach ropy naftowej.

C(izotermiczny) = -frac{1}{V}cdot frac{Delta P}{Delta V}

Izotermiczna wymiana ciepła

Proces rozprężania i ściskania w stałej temperaturze działa na zasadzie zerowej energii degradacji. Jeśli temperatura jest stała, to energia wewnętrzna zmienia się i entalpia zmiany są zerowe. Przenoszenie ciepła jest więc takie samo jak przenoszenie pracy.

Jeśli podgrzejemy gaz w którejkolwiek butli, to temperatura gazu wzrośnie. Chcemy, aby system miał stałą temperaturę, więc musimy umieścić jeden zlew (źródło zimna), aby odrzucić uzyskaną temperaturę.

Załóżmy, że rozważymy cylinder z tłokiem. Gaz rozszerzy się w cylindrze, a tłok będzie pracował wyporowo z powodu nagrzania. Również w tym przypadku temperatura pozostanie stała.

Atmosfera izotermiczna

Można to zdefiniować jako brak zmiany temperatury wraz z wysokością w atmosferze, a ciśnienie spada wykładniczo wraz ze wzrostem. Znana jest również jako atmosfera wykładnicza. Można powiedzieć, że atmosfera jest w równowadze hydrostatycznej.

W tego typu atmosferze możemy obliczyć grubość między dwoma sąsiednimi wysokościami za pomocą poniższego równania:

Z2-Z1 =frac{RT}{g} lnfrac{P1}{P2}

Gdzie,

Z1 i Z2 to dwie różne wysokości,

P1 i P2 to odpowiednio Ciśnienia w Z1 i Z2,

R jest stałą gazową dla suchego powietrza,

T to temperatura wirtualna w K,

g jest przyspieszeniem grawitacyjnym wm / s2

Powierzchnia izotermiczna

Załóżmy, że rozważamy dowolną powierzchnię płaską, okrągłą lub zakrzywioną itp. Jeśli wszystkie punkty na tej powierzchni mają tę samą temperaturę, możemy powiedzieć, że jest ona izotermiczna.

Warunki izotermiczne

Jak moje słowo, wiemy, że temperatura systemu musi pozostać stała w tym izotermicznym procesie. Aby utrzymać stałą temperaturę, system może dowolnie zmieniać inne parametry, takie jak ciśnienie, objętość itp. W trakcie tego procesu można również zmieniać energię pracy i energię cieplną, ale temperatura pozostaje taka sama.

Strefa izotermiczna

To słowo jest powszechnie używane w naukach o atmosferze. Jest to strefa w atmosferze, w której temperatura względna jest stała na wysokości kilku kilometrów. Generalnie znajduje się w dolnej części stratosfery. Strefa ta zapewnia dogodne warunki dla samolotu ze względu na stałą temperaturę, ogólny dostęp do chmur i deszczy itp.

Linie izotermiczne

To słowo jest używane w geografii. Załóżmy, że narysujemy linię na mapie Ziemi, aby połączyć różne miejsca, których temperatura jest taka sama lub zbliżona do tej samej. Nazywa się to ogólnie linią izotermiczną.

Tutaj każdy punkt odzwierciedla konkretną temperaturę do odczytu wykonaną w określonym przedziale czasu.

Pas izotermiczny

W 1858 Silasa McDowella Franklina, nadając tę ​​nazwę zachodnim krajom Karoliny Północnej, Rutherford i Polk. Terminem tym określa się sezon w tych strefach, w którym można łatwo uprawiać owoce, warzywa itp. Ze względu na stałą temperaturę.

Izotermiczna vs izobaryczna

Izotermiczna - stała temperaturowa

Izobaryczna - stała ciśnienia

cały proces
Izobaryczny, izotermiczny i adiabatyczny procesy na schemacie PV

Porównajmy oba procesy pod kątem wykonanej pracy. Zgodnie z rysunkiem można zauważyć oba procesy. Jak wiemy, ta wykonana praca jest polem pod całką. Na rysunku możemy łatwo zauważyć, że obszar procesu izobarycznego jest bardziej oczywisty, praca wykonywana jest bardziej w izobaryce. Jest na to pewien warunek. Początkowe ciśnienie i objętość powinny być takie same. Nie jest to prawdą, ponieważ nigdy nie otrzymujemy pracy podczas izobarycznej w żadnym z cykli termodynamicznych. Ten temat jest logiczny.

Prawidłowa odpowiedź zależy od rodzaju warunku, w którym objętość jest zwiększana lub zmniejszana w procesie.

Izotermiczna vs izentropowa

Izotermiczna - stała temperaturowa

Izentropowa - stała entropii

Rozważmy proces kompresji, aby to zrozumieć,

W przypadku sprężania izotermicznego tłok spręża gaz bardzo wolno. Tak wolno, aby utrzymać stałą temperaturę systemu.

Natomiast w przypadku izentropy nie powinno być przenikania ciepła możliwe między systemem a otoczeniem. Sprężanie izentropowe nastąpi bez wymiany ciepła przy stałej entropii.

Proces izentropowy jest podobny do adiabatycznego, w którym nie ma wymiany ciepła. System do procesu izentropowego powinien być dobrze izolowany pod kątem strat ciepła. Proces kompresji izentropowej zawsze zapewnia większą wydajność pracy ze względu na brak strat ciepła.

Najczęściej zadawane pytania

Czy występuje wymiana ciepła w procesie izotermicznym?

Odpowiedź: Tak, teraz pytanie brzmi: dlaczego i jak?

Rozważmy przykład tłok-cylinder, aby to zrozumieć,

Jeśli ciepło jest dostarczane do dolnej części cylindra. Temperatura będzie utrzymywana na stałym poziomie, a tłok będzie się poruszał. Albo proces rozszerzania, albo kompresji. Ciepło jest przekazywane, ale temperatura systemu pozostanie taka sama. Dlatego podczas cyklu Carnota ciepło jest dodawane w stałej temperaturze.

Dlaczego proces izotermiczny jest bardzo powolny?

Konieczne jest, aby proces izotermiczny przebiegał powoli. Teraz zobacz, przenoszenie ciepła jest możliwe dzięki utrzymywaniu stałej temperatury systemu. Oznacza to, że istnieje Równowaga termiczna układu z ciałem. Czas trwania procesu jest powolny, aby utrzymać tę równowagę termiczną i stałą temperaturę. Czas wymagany do efektywnej wymiany ciepła będzie dłuższy, co spowalnia proces.

Przykładowe problemy procesu izotermicznego

Istnieje wiele zastosowań w życiu codziennym przy stałej temperaturze. Niektóre z nich wyjaśniono poniżej,

  • Temperatura wewnątrz lodówki jest utrzymywana
  • Możliwe jest stopienie lodu, utrzymując stałą temperaturę na poziomie 0 ° C
  • Proces przemiany fazowej zachodzi przy stałej temperaturze, parowaniu i kondensacji
  • Pompa ciepła, która działa przeciwieństwo chłodnictwa

Jakie są rzeczywiste przykłady procesu izotermicznego?

Istnieje wiele przykładów odpowiedzi na to pytanie. Prosimy o odniesienie się do powyższych pytań.

Przykładem procesu izotermicznego jest każdy proces przemiany fazowej zachodzący w stałej temperaturze.

Odparowanie wody z morza i rzeki,

Zamarzanie wody i topienie lodu.

Dlaczego proces izotermiczny jest bardziej wydajny niż proces adiabatyczny?

Rozważmy proces odwracalny. Jeżeli proces jest ekspansją, to praca procesu izotermicznego jest większa niż adiabatyczny. Możesz to zauważyć po diagramie. Wykonana praca to obszar pod krzywą.

Załóżmy, że proces jest kompresją, a następnie przeciwnie do powyższego zdania. Prace wykonane w proces adiabatyczny Jest więcej.

Ocena tego pytania zależy od wszystkich warunków. Zgodnie z powyższym warunkiem proces izotermiczny jest bardziej wydajny niż adiabatyczny.

Jakie będzie ciepło właściwe dla procesu izotermicznego, procesu adiabatycznego i dlaczego?

Ciepło właściwe można zdefiniować jako ilość ciepła potrzebną do podniesienia temperatury substancji o 1 stopień.

Q = m Cp Delta T

Jeśli proces ma stałą temperaturę, ΔT = 0, więc ciepło właściwe jest nieokreślone lub nieskończone.

Cp = nieskończona (jeśli temperatura jest stała)

W przypadku procesu adiabatycznego wymiana ciepła nie jest możliwa, Q = 0

Cp = 0 (przenikanie ciepła wynosi 0)

W procesie izotermicznym zmiana energii wewnętrznej wynosi 0 Dlaczego?

Energia wewnętrzna jest funkcją energii kinetycznej cząsteczek.

Temperatura wskazuje średnią energię kinetyczną cząsteczek związanych z systemem.

Jeśli temperatura pozostaje stała, nie ma zmiany energii kinetycznej. W związku z tym energia wewnętrzna pozostaje stała. Zmiana energii wewnętrznej wynosi zero.

Co jest skuteczniejsze w kompresji izotermicznej czy izentropowej i dlaczego?

Proces izentropowy zachodzi przy stałej entropii bez wymiany ciepła. Ten proces jest zawsze idealny i odwracalny. W procesie kompresji izentropowej system energia wewnętrzna wzrasta, ponieważ nie ma możliwości wymiany ciepła między systemem a otoczeniem.

W przypadku sprężania izotermicznego proces przebiega bardzo powoli, ponieważ temperatura i energia wewnętrzna pozostają na stałym poziomie. Między systemem a otoczeniem zachodzi wymiana ciepła.

Dlatego proces kompresji izentropowej jest bardziej wydajny.

Czy proces izotermiczny ma zmianę entalpii?

Możemy to jasno zrozumieć dzięki równaniu entalpii.

Entalpia H jest podana jak poniżej,

Zmiana entalpii = zmiana energii wewnętrznej + zmiana PV

Do procesu w stałej temperaturze,

Zmiana energii wewnętrznej = 0,

Zmiana w PV = 0.

Dlatego zmiana entalpii = 0

Dlaczego krzywa adiabatyczna jest bardziej stroma niż krzywa izotermiczna?

W procesie adiabatycznym temperatura układu wzrasta podczas kompresji. Zmniejsza się podczas ekspansji. Z tego powodu krzywa ta przecina krzywą izotermiczną w pewnym punkcie wykresu.

W przypadku izotermii nie ma zmiany temperatury. Krzywa nie stanie się bardziej stroma jak adiabatyczna.

Co by się stało, gdybym zwiększył objętość systemu w procesie izotermicznym za pomocą energii zewnętrznej?

 Załóżmy, że zwiększasz głośność systemu. Chcesz, aby system był izotermiczny. Musisz zrobić inny układ w celu utrzymania temperatury. Zwiększenie objętości zmniejsza ciśnienie.

Co jest takiego specjalnego w słowie „odwracalny” w procesie izotermicznym lub adiabatycznym?

Pierwszy prawo termodynamiki stwierdza, że ​​oba procesy naszkicowane na wykresie PV są średnią odwracalną. System wejdzie w swoją początkową fazę, aby pozostać w równowadze.

Dlaczego izotermiczne i adiabatyczne w silniku Carnota?

Połączenia Cykl Carnota jest najbardziej wydajny w termodynamice. Powodem tego jest to, że cały proces w cyklu jest odwracalny.

Carnot próbował przenosić energię między dwoma źródłami w stałej temperaturze (izotermiczna).

Próbował zmaksymalizować pracę rozszerzającą i zminimalizować wymaganą kompresję. Wybrał do tego proces adiabatyczny.

Aby uzyskać więcej artykułów, Kliknij tutaj

     

Zostaw komentarz