Izotermický proces: 31 věcí, které většina začátečníků neví

by

Obsah

Izotermická definice

Izotermický proces je termodynamický proces. V tomto izotermickém procesu zůstává teplota systému během celého procesu konstantní. Pokud vezmeme v úvahu, že teplota je T. Změna teploty je ΔT.

Pro izotermický proces můžeme říci, že ΔT = 0

Izotermická expanze

Izotermická expanze zvyšuje objem s konstantní teplotou systému.

Izotermická - teplotní konstanta

Expanze - zvýšení hlasitosti

Izotermický proces: expanze
Izotermická expanze

Uvažujme uspořádání pístu a válce, abychom pochopili, zda se píst pohybuje z BDC (dolní úvrati) do TDC (horní úvrati) s konstantní teplotou plynu. Tento izotermický proces je považován za izotermickou expanzi.

Izotermická komprese

Izotermická komprese snižuje objem při konstantní teplotě systému.

Izotermická - teplotní konstanta

Komprese - snižující se objem

pístový válec 2
Izotermická komprese

Zvažme další podmínku, pokud se píst pohybuje TDC na BDC (Dolní úvrať) s konstantní teplotou plynu. Tento izotermický proces je považován za izotermickou kompresi.

Izotermický vs adiabatický

Izotermický znamená konstantní teplotu.

Adiabatický znamená konstantní tepelnou energii.

Některé podmínky pro izotermický proces jsou:

  • Teplota by měla zůstat konstantní.
  • Variace se musí odehrávat pomalu.
  • Specifické teplo plynu je nekonečné.

Některé základní podmínky pro adiabatiku jsou uvedeny níže:

  • U adiabatika nedochází k žádnému přenosu tepla.
  • Ke změně musí dojít velmi rychle.
  • Specifické teplo plynu je 0 (nula).

Izotermická kalorimetrie

Jedná se o jednu techniku, jak najít interakci termodynamických parametrů v chemickém roztoku. Pomocí izotermické kalorimetrie lze najít vazebnou afinitu, vazebnou stechiometrii a změny entalpie mezi dvěma nebo více interakcemi molekul.

Izotermické zesílení

Je to jedna z technik používaných pro monitorování patogenů. V této technice je DNA amplifikována s udržováním citlivosti vyšší než srovnávací polymerázová řetězová reakce (PCR)

Amplifikace izotermické nukleové kyseliny

Izotermická amplifikace nukleových kyselin je technika, která je efektivní a rychlejší akumulace nukleové kyseliny v izotermickém procesu. Je to jednoduchý a efektivní proces. Od té doby, kolem roku 1990, bylo vyvinuto mnoho izotermických amplifikačních procesů jako alternativ k polymerázové řetězové reakci (PCR)

Izotermický transformační diagram

K pochopení kinetiky oceli se používá diagram izotermické transformace. Je také známý jako diagram transformace čas-teplota.

375px TTT diagram
Diagram transformace čas-teplota Úvěr Wikipedia

Je spojován s mechanickými vlastnostmi, mikrokonstrukcemi / mikrostrukturami a tepelným zpracováním v uhlíkových ocelích.

Izotermický FV diagram

800px Izotermická PV
Izotermický FV diagram Úvěr Wikipedia

Příklad izotermického procesu

Izotermický je proces, při kterém teplota systému zůstává nezměněna nebo konstantní.

Můžeme si vzít příklad chladničky a tepelného čerpadla. Zde se v obou případech tepelná energie odebírá a přidává, ale teplota systému zůstává konstantní.

Příklady: lednička, tepelné čerpadlo

Izotermická práce

Použili jsme FV diagram nad odstavcem. Pokud pro něj chceme napsat vzorec pro dokončení práce. Měli bychom vzít v úvahu oblast pod křivkou AB-VA-VB. Práce provedená pro tento integrál může být uvedena jako,

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

Tady v rovnici

n je počet krtků

R je plynová konstanta

T je teplota v kelvinech

Izotermická vrstva

Termín izotermické vrstvy se používá ve vědě o atmosféře. Je definována jako svislá vrstva vzduchu nebo plynu se stálou teplotou po celou výšku. Tato situace se odehrává na nízké úrovni troposféry v různých advekčních situacích.

Izotermická PCR

Plnou formou PCR je polymerázová řetězová reakce. Tato reakce se používá v technikách izotermické amplifikace k amplifikaci DNA.

Rovnice izotermického procesu

Pokud vezmeme v úvahu univerzální zákon o plynu, pak je rovnice uvedena níže,

PV = nRT

Nyní je to v izotermickém procesu, takže T = Constant,

PV = konstantní

Výše uvedená rovnice platí pro uzavřený systém obsahující ideální plyn.

Diskutovali jsme o práci provedené dříve. Můžeme uvažovat o této rovnici pro izotermický proces. Jak víme z obrázku, Vb je konečný objem a Va je počáteční objem.

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

Izotermická expanze ideálního plynu

  • Izotermický - teplota je konstantní.
  • Rozšíření - hlasitost se zvyšuje.

To znamená, že izotermická expanze zvyšuje objem s konstantní teplotou systému.

V tomto stavu plyn funguje práce, takže práce bude negativní, protože plyn aplikuje energii ke zvýšení objemu.

Změna vnitřní energie je také nulová ΔU = 0 (ideální plyn, konstantní teplota)

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

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

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

Izotermická reverzibilní expanze

Toto téma je vysvětleno izotermickou expanzí ideálního plynu.

Izotermická reakce

Chemická reakce probíhající při jedné teplotě, nebo můžeme říci při konstantní teplotě, je izotermická reakce. Není třeba, aby změna teploty pokračovala až do ukončení reakce.

Izotermická nevratná expanze

Nezvratný proces je skutečný proces, kterému ve skutečnosti čelíme téměř po celou dobu. Systém a jeho okolí nelze obnovit do původních stavů.

Izotermický systém

Diskutovali jsme o izotermickém systému v expanzi a kompresi, pokud vezmeme uspořádání píst-válec.

Existují určité předpoklady pro tento systém, například

  • Mezi pístem a válcem není tření
  • Ze systému nedochází k žádnému úniku tepla ani pracovních ztrát
  • Vnitřní energie systému by měla být během izotermického procesu konstantní.

Pokud dodáváme teplo do spodní části válce, pak se píst přesune z BDC do TDC, jak je znázorněno na obrázku. Jedná se o izotermickou expanzi. Podobně v izotermické kompresi vzad, jak jsme vysvětlili dříve. Tento kompletní systém je izotermický.

Izotermický objemový modul

Objemový modul je reciproční vůči stlačitelnosti.

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

Zde je termín izotermický objemový modul. Lze jej definovat jako poměr změny tlaku ke změně objemu při konstantní teplotě. Rovná se P (tlaku), pokud vyřešíme výše uvedenou rovnici.

Izotermická vnitřní energie

Už jsme dříve diskutovali, že vnitřní energie procesu s konstantní teplotou zůstává konstantní.

Koeficient izotermické stlačitelnosti

Koeficient izotermické stlačitelnosti lze brát jako změnu objemu na jednotku změny tlaku. Je také známá jako stlačitelnost oleje. Je široce používán při odhadu zdrojů ropy nebo plynu v ropné studii.

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

Izotermický přenos tepla

Proces expanze a komprese při konstantní teplotě funguje na principu nulové degradační energie. Pokud je teplota konstantní, dochází ke změně vnitřní energie a entalpie změna je nulová. Přenos tepla je tedy stejný jako přenos práce.

Pokud plyn zahřáme v libovolném válci, jeho teplota se zvýší. Chceme systém s konstantní teplotou, takže musíme dát jeden dřez (studený zdroj), abychom odmítli získanou teplotu.

Předpokládejme, že uvažujeme válec s pístem. Plyn bude expandovat ve válci a píst poskytuje posunutí kvůli zahřátí. Teplota zůstane i v tomto případě konstantní.

Izotermická atmosféra

Lze jej definovat tak, že nedochází ke změně teploty s výškou v atmosféře a tlak se s pohybem nahoru exponenciálně snižuje. Je také známá jako exponenciální atmosféra. Dá se říci, že atmosféra je v hydrostatické rovnováze.

V tomto typu atmosféry můžeme vypočítat tloušťku mezi dvěma sousedními výškami pomocí níže uvedené rovnice,

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

Kde,

Z1 a Z2 jsou dvě různé výšky,

P1 a P2 jsou tlaky na Z1, respektive Z2,

R je plynová konstanta pro suchý vzduch,

T je virtuální teplota v K,

g je gravitační zrychlení v m / s2

Izotermický povrch

Předpokládejme, že uvažujeme jakýkoli povrch plochý, kruhový nebo zakřivený atd. Pokud jsou všechny body na tomto povrchu stejné teploty, pak můžeme říci, že povrch je izotermický.

Izotermické podmínky

Z mého slova víme, že teplota systému musí v tomto izotermickém procesu zůstat konstantní. Pro udržení konstantní teploty může systém měnit další parametry, jako je tlak, objem atd. Během tohoto procesu je také možné změnit pracovní energii a tepelnou energii, ale teplota zůstává stejná.

Izotermická zóna

Toto slovo se obecně používá v atmosférické vědě. Je to zóna v atmosféře, kde je relativní teplota konstantní ve výšce několika kilometrů. Obecně je to ve spodní části stratosféry. Tato zóna poskytuje výhodné podmínky pro letadlo díky své stálé teplotě, obecnému přístupu k mrakům a dešťům atd.

Izotermické vedení

Toto slovo se používá v geografii. Předpokládejme, že nakreslíme čáru na mapě Země pro připojení různých míst, jejichž teplota je stejná nebo blízká stejné. Je obecně známá jako izotermická linka.

Zde každý bod odráží konkrétní teplotu pro odečty zaznamenané za určité časové období.

Izotermický pás

v 1858 Silas McDowell Franklina, dostal toto jméno pro západní Severní Karolínu, Rutherford a Polk země. Tento termín se používá pro sezónu v těchto zónách, kdy lze pěstovat ovoce, zeleninu atd., Snadno kvůli teplotní konzistenci.

Izotermický vs izobarický

Izotermická - teplotní konstanta

Isobaric - tlaková konstanta

celý proces
Izobarický, izotermický a adiabatický procesy ve FV diagramu

Pojďme porovnat oba procesy pro odvedenou práci. Podle obrázku si můžete všimnout obou procesů. Jak víme, tato práce je oblastí pod integrálem. Na obrázku můžeme snadno vidět, že oblast isobarického procesu je zjevnější, práce se více děje v izobarice. Existuje pro to nějaká podmínka. Počáteční tlak a objem by měly být stejné. To není pravda, protože nikdy nedostaneme práci během izobariky v žádném z termodynamických cyklů. Toto téma je logické.

Správná odpověď závisí na typu podmínky, že se objem v procesu zvyšuje nebo snižuje.

Izotermický vs izentropický

Izotermická - teplotní konstanta

Isentropic - entropická konstanta

Zvažme proces komprese, abychom tomu porozuměli,

Při izotermické kompresi stlačuje píst plyn velmi pomalu. Tolik pomalu k udržení konstantní teploty systému.

Zatímco v případě izoentropického by nemělo být žádné přenos tepla možné mezi systémem a okolím. K isentropické kompresi dojde bez přenosu tepla s konstantní entropií.

Isentropický proces je podobný adiabatickému, kde nedochází k přenosu tepla. Systém pro isentropický proces by měl být dobře izolován pro tepelné ztráty. Proces isentropické komprese vždy poskytuje větší pracovní výkon kvůli žádné tepelné ztrátě.

Nejčastější dotazy

Existuje přenos tepla v izotermickém procesu?

Odpověď: Ano, nyní je otázka proč a jak?

Zvažme příklad píst-válec, abychom tomu porozuměli,

Pokud je teplo přiváděno do spodní části válce. Teplota bude udržována konstantní a píst se bude pohybovat. Proces expanze nebo komprese. Teplo se přenáší, ale teplota systému zůstane stejná. Proto se během Carnotova cyklu přidává teplo při konstantní teplotě.

Proč je izotermický proces velmi pomalý?

Je nutné, aby izotermický proces probíhal pomalu. Nyní vidíte, přenos tepla je možný udržováním konstantní teploty systému. Znamená to, že existuje a tepelná rovnováha systému s tělem. Načasování procesu je pomalé, aby se udržela tato tepelná rovnováha a konstantní teplota. Doba potřebná pro efektivní přenos tepla bude delší, takže proces bude pomalý.

Příklad izotermických procesů

V každodenním životě s konstantní teplotou existuje mnoho aplikací. Některé z nich jsou vysvětleny níže,

  • Teplota uvnitř chladničky je udržována
  • Je možné roztavit led udržováním konstantní teploty na 0 ° C
  • Proces fázové změny probíhá při konstantní teplotě, odpařování a kondenzaci
  • Tepelné čerpadlo, které funguje na rozdíl od chlazení

Jaké jsou některé příklady izotermického procesu v reálném životě?

Pro tuto otázku existuje obrovské množství příkladů. Laskavě odkázejte na výše uvedené otázky.

Jakýkoli proces fázové změny probíhající při konstantní teplotě je příkladem izotermického procesu.

Odpařování vody z moře a řeky,

Mrznutí vody a tání ledu.

Proč je izotermický proces efektivnější než adiabatický proces?

Podívejme se na reverzibilní proces. Pokud je proces expanzí, pak práce izotermického procesu je více než adiabatické. Můžete si všimnout podle schématu. Vykonaná práce je oblast pod křivkou.

Předpokládejme, že proces je komprese, pak opačný k výše uvedené větě. Práce provedená v adiabatický proces je více.

Posouzení této otázky závisí na všech podmínkách. Podle výše uvedené podmínky je izotermický proces účinnější než adiabatický.

Jaké bude specifické teplo pro izotermický proces a adiabatický proces a proč?

Specifické teplo lze definovat jako množství tepla potřebné ke zvýšení teploty látky o 1 stupeň.

Q = m Cp Delta T

Pokud je procesem konstantní teplota, ΔT = 0, takže specifické teplo je nedefinované nebo nekonečné.

Cp = nekonečno (pokud je teplota konstantní)

U adiabatického procesu není přenos tepla možný, Q = 0

Cp = 0 (přenos tepla je 0)

V izotermickém procesu je změna vnitřní energie 0 Proč?

Vnitřní energie je funkcí kinetické energie molekul.

Teplota označuje průměrnou kinetickou energii molekul spojených se systémem.

Pokud teplota zůstává konstantní, pak nedojde ke změně kinetické energie. Vnitřní energie proto zůstává konstantní. Změna vnitřní energie je nulová.

Co je efektivnější izotermická komprese nebo isentropická komprese a proč?

Izentropický proces probíhá při konstantní entropii bez přenosu tepla. Tento proces je vždy ideální a vratný. V procesu isentropické komprese je systém vnitřní energie se zvyšuje, protože neexistuje možnost přenosu tepla mezi systémem a okolím.

Při izotermické kompresi dochází k procesu velmi pomalu, protože teplota a vnitřní energie zůstávají konstantní. Mezi systémem a okolím dochází k přenosu tepla.

Proto je proces isentropické komprese účinnější.

Má izotermický proces změnu entalpie?

Můžeme to jasně pochopit podle rovnice entalpie.

Entalpie H je uvedena níže,

Změna entalpie = změna vnitřní energie + změna PV

Pro proces s konstantní teplotou

Změna vnitřní energie = 0,

Změna PV = 0.

Proto je třeba změnit entalpii = 0

Proč je adiabatická křivka strmější než izotermická křivka?

V adiabatickém procesu se teplota systému během komprese zvyšuje. Během expanze klesá. Z tohoto důvodu tato křivka protíná izotermickou křivku v určitém bodě diagramu.

V izotermickém stavu nedochází ke změně teploty. Křivka nebude strmější jako adiabatická.

Co by se stalo, kdybych zvedl objem systému v izotermickém procesu pomocí externí energie?

 Předpokládejme, že zvýšíte hlasitost systému. Chcete, aby byl systém izotermický. Musíte udělat další opatření pro udržení teploty. Zvýšení objemu snižuje tlak.

Co je tak zvláštního na slově „reverzibilní“ v izotermickém nebo adiabatickém procesu?

První zákon termodynamiky uvádí, že oba procesy načrtnuté na FV diagramu jsou reverzibilní průměr. Systém se dostane do své počáteční fáze, aby zůstal v rovnováze.

Proč izotermický a adiabatický v Carnotově motoru?

Projekt Carnotův cyklus je nejúčinnější v termodynamice. Důvodem je, že celý proces v cyklu je reverzibilní.

Carnot se pokusil přenést energii mezi dvěma zdroji při konstantní teplotě (izotermické).

Pokusil se maximalizovat expanzní práci a minimalizovat požadovanou kompresi. Vybral pro to adiabatický proces.

Pro více článků Klikněte zde

     

Zanechat komentář