Fizikte İzotermal Süreç Nedir?

Fizik bilimi, hareketlerini, sıcaklıklarını ve diğer fiziksel özelliklerini ölçmek için nesneleri ve sistemleri inceler. Tek hücreli organizmalardan mekanik sistemlere, gezegenlere, yıldızlara ve galaksilere ve onları yöneten süreçlere kadar her şeye uygulanabilir. Fizik içinde, termodinamik, değişimlere odaklanan bir daldır herhangi bir fiziksel veya kimyasal reaksiyon sırasında bir sistemin özelliklerinde enerji (ısı).

Bir sistemin sıcaklığının sabit kaldığı termodinamik süreç olan "izotermal süreç". ısı transferi sistemin içine veya dışına o kadar yavaş olur ki Termal denge korunur. "Termal" bir sistemin ısısını tanımlayan bir terimdir. "Iso", "eşit" anlamına gelir, bu nedenle "izotermal", termal dengeyi tanımlayan "eşit ısı" anlamına gelir.

Genel olarak, bir izotermal süreç sırasında dahili bir değişiklik var. enerji, ısı enerjisi, ve işsıcaklık aynı kalsa bile. Sistemde bir şey bu eşit sıcaklığı korumak için çalışır. Basit bir ideal örnek, bir ısı motorunun bir gaza ısı sağlayarak nasıl çalıştığını açıklayan Carnot Döngüsü'dür. Sonuç olarak, gaz bir silindirde genleşir ve bu da bir çalışma yapmak için bir pistonu iter. Daha sonra ısı veya gaz, bir sonraki ısı / genleşme döngüsünün gerçekleşebilmesi için silindirden dışarı itilmelidir (veya boşaltılacaktır). Örneğin, bir araba motorunun içinde olan budur. Bu döngü tamamen verimli ise, işlem izotermaldir, çünkü basınç değişirken sıcaklık sabit tutulur.

İzotermal sürecin temellerini anlamak için, bir sistemdeki gazların etkisini düşünün. Bir iç enerji Ideal gaz sadece sıcaklığa bağlıdır, bu nedenle bir izotermal işlem sırasında iç enerjideki değişiklik Ideal gaz ayrıca 0. Böyle bir sistemde, bir sisteme (gaz) eklenen tüm ısı, basınç sabit kaldığı sürece izotermal işlemi sürdürmek için çalışmalar yapar. Temel olarak, ideal bir gaz göz önüne alındığında, sıcaklığı korumak için sistem üzerinde yapılan çalışma, sistemdeki basınç arttıkça gazın hacminin azalması gerektiği anlamına gelir.

İzotermal süreçler çoktur ve çeşitlidir. Suyun havaya buharlaşması, suyun belirli bir kaynama noktasında kaynatılması da birdir. Termal dengeyi koruyan birçok kimyasal reaksiyon da vardır ve biyolojide, bir hücrenin çevresindeki hücrelerle (veya başka bir maddeyle) etkileşimlerinin izotermal bir süreç olduğu söylenir.

Buharlaşma, erime ve kaynama da "faz değişiklikleri" dir. Yani, sabit sıcaklık ve basınçta meydana gelen sudaki (veya diğer sıvılar veya gazlar) değişikliklerdir.

Fizikte, bu tür reaksiyonların ve işlemlerin şeması diyagramlar (grafikler) kullanılarak yapılır. İçinde faz diyagramı, izotermal bir süreç, 3D'de dikey bir çizgi (veya düzlem) izlenerek çizilir faz diyagramı) sabit bir sıcaklık boyunca. Sistem sıcaklığını korumak için basınç ve hacim değişebilir.

Değiştikçe, bir maddenin kimyasal maddeyi değiştirmesi mümkündür. Maddenin durumu sıcaklığı sabit kalsa bile. Böylece, suyun kaynadıkça buharlaşması, sıcaklığın sistem basıncı ve hacmini değiştirdiği ile aynı kaldığı anlamına gelir. Bu daha sonra diyagram boyunca ısınma sabitinin kalmasıyla çizilir.

Bilim adamları sistemlerde izotermal süreçleri incelediklerinde, gerçekten ısı ve enerjiyi ve aralarındaki bağlantı ile sıcaklığı değiştirmek veya korumak için gereken mekanik enerji sistemi. Bu anlayış biyologların canlıların sıcaklıklarını nasıl düzenlediklerini incelemelerine yardımcı olur. Aynı zamanda mühendislik, uzay bilimi, gezegen bilimi, jeoloji ve diğer birçok bilim dalında da devreye girer. Termodinamik güç çevrimleri (ve dolayısıyla izotermal süreçler) ısı motorlarının arkasındaki temel fikirdir. İnsanlar bu cihazları elektrik üretim tesislerine ve yukarıda belirtildiği gibi arabalara, kamyonlara, uçaklara ve diğer araçlara güç vermek için kullanırlar. Ek olarak, bu tür sistemler roketlerde ve uzay aracında bulunur. Mühendisler, bu sistem ve süreçlerin verimliliğini artırmak için termal yönetim ilkelerini (diğer bir deyişle sıcaklık yönetimi) uygularlar.

Düzenleyen ve güncelleyen Carolyn Collins Petersen.