ІЗОТЕРМІЧНИЙ ПРОЦЕС

Серед усіх можливих випадків зміни параметрів виділимо так звані ізопроцесси, коли один з параметрів зберігається постійним, незмінним (від грец. Isos – рівний, однаковий).

Так, при ізотермічному процесі, зберігається незмінною температура газу Т. Такий процес можна здійснити, якщо в циліндрі з газом змінювати обсяг при різних положеннях поршня, який здійснюється без теплообміну з навколишнім середовищем. При ізотермічному процесі може відбуватися розширення газу, т. Е. Обсяг газу збільшується (рис. 7, а, б), або ізотермічний стиск, коли обсяг зменшується (рис. 7, б, в).

Рівняння Менделєєва-Клапейрона для опису станів, що виникають при ізотермічному процесі, істотно спрощується.

При Т = const, права масть співвідношення (42) буде мати постійне значення, тому можна записати:

Тут С – деяка постійна, яка має тим більше значення, чим вище температура газу Т. Для двох станів газу це означає:

Це ж саме випливає з рівності (44) після скорочення на значення температури (Ti = Т2). Співвідношення (49) вперше дослідним шляхом було встановлено Бойл і Маріоттом, в честь яких названо закон, який виражається співвідношенням (49) і формулюється наступним чином.

Твір тиску даної маси газу на його об’єм при незмінній температурі залишається величиною постійною.

Великий наочністю відрізняється зв’язок параметрів Р і V при графічному зображенні залежності (49). Для значення р можна записати:

Як відомо з математики, залежність виду (49) графічними зображується гіперболою (рис. 8). Оскільки крива на графіку відповідає постійній температурі, то в фізиці цю криву називають ізотермою.

Чим більше значення температури, тим вище розташована відповідна ізотерма на малюнку, так як більш високому значенню температури відповідає і більшого значення постійної З у формулі (51).

Ізотермічний процес – коротко

Розглянемо процес, який відбувається при постійній температурі.

Ізотермічним називають процес зміни стану термодинамічної системи, що відбувається при постійній температурі.

Такий процес можна здійснити, якщо повільно стискати поршнем газ, що знаходиться в циліндрі (рис. 80). При повільному стисканні теплообмін між газом і навколишнім повітрям встигає відбуватися, і температура газу залишається незмінною.

Одержимо рівняння, яким можна описати зміна стану ідеального газу при ізотермічному процесі. Для цього запишемо рівняння Клапейрона.

Тиск газу даної маси при незмінній температурі обернено пропорційно його об’єму; або добуток тиску газу даної маси і його об’єму при незмінній температурі є величина постійна.

Графіком залежності тиску газу від його об’єму при постійній температурі – изотермой – є гіпербола (рис. 81).

Залежність тиску газу даної маси від його об’єму при постійній температурі можна пояснити на основі молекулярно-ки-нетической теорії будови речовини. Дійсно, вам вже відомо, що тиск газу на стінки посудини тим більше, чим більше концентрація його молекул. При зменшенні об’єму концентрація молекул зростає, отже, збільшується тиск газу; при збільшенні обсягу концентрація молекул і тиск газу збільшуються.

Це означає, що при ізотермічному процесі кількість теплоти, передане системі, йде на здійснення системою роботи проти зовнішніх сил. При цьому, якщо система отримує деяку кількість теплоти, то вона розширюється і здійснює позитивну роботу. Якщо система віддає деяку кількість теплоти, то вона стискається і здійснює негативну роботу. Інакше кажучи, якщо газ стискають ізотермічні, то він віддає деяку кількість теплоти.

Закон Бойля-Маріотта застосуємо до ідеального газу, т. Е. Має ті ж межі застосування, що і модель ідеального газу: непридатний при низьких температурах і високих тисках.