Processo isotermico: 31 cose che la maggior parte dei principianti non conosce

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Definizione isotermica

Un processo isotermico è un processo termodinamico. In questo processo isotermico, la temperatura del sistema rimane costante durante tutto il processo. Se consideriamo la temperatura è T. La variazione di temperatura è ΔT.

Per il processo isotermico, possiamo dire che ΔT = 0

Espansione isotermica

L'espansione isotermica aumenta il volume con una temperatura costante del sistema.

Isotermico - costante di temperatura

Espansione: aumento del volume

Processo isotermico: espansione
Espansione isotermica

Consideriamo la disposizione pistone-cilindro per capire se il pistone si sposta da BDC (punto morto inferiore) a PMS (punto morto superiore) con una temperatura del gas costante. Questo processo isotermico è considerato come espansione isotermica.

Compressione isotermica

La compressione isotermica sta diminuendo il volume con una temperatura costante del sistema.

Isotermico - costante di temperatura

Compressione - diminuzione del volume

pistone cilindro 2
Compressione isotermica

Consideriamo un'altra condizione se il pistone si sta muovendo da TDC a BDC (Punto morto inferiore) con temperatura del gas costante. Questo processo isotermico è considerato compressione isotermica.

Isotermico vs adiabatico

Isotermico significa temperatura costante.

Adiabatico significa energia termica costante.

Alcune condizioni per un processo isotermico sono:

  • La temperatura dovrebbe rimanere costante.
  • La variazione deve avvenire a un ritmo lento.
  • Il calore specifico del gas è infinito.

Alcune condizioni di base per l'adiabatico sono le seguenti:

  • Nessun trasferimento di calore avviene in adiabatico.
  • La variazione deve avvenire molto rapidamente.
  • Il calore specifico del gas è 0 (zero).

Calorimetria isotermica

È una tecnica per trovare l'interazione dei parametri termodinamici in una soluzione chimica. Utilizzando la calorimetria isotermica, è possibile trovare l'affinità di legame, la stechiometria di legame e le variazioni di entalpia tra due o più interazioni di molecole.

Amplificazione isotermica

È una delle tecniche utilizzate per il monitoraggio dei patogeni. In queste tecniche, il DNA viene amplificato mantenendo la sensibilità superiore alla reazione a catena della polimerasi (PCR) di riferimento

Amplificazione isotermica degli acidi nucleici

L'amplificazione isotermica degli acidi nucleici è una tecnica che è efficiente e che accumula più rapidamente l'acido nucleico nel processo isotermico. È un processo semplice ed efficiente. Da allora, intorno al 1990, molti processi di amplificazione isotermica sono stati sviluppati come alternative a una reazione a catena della polimerasi (PCR)

Diagramma di trasformazione isotermica

Un diagramma di trasformazione isotermica viene utilizzato per comprendere la cinetica dell'acciaio. È anche noto come diagramma di trasformazione tempo-temperatura.

Diagramma TTT 375px
Diagramma di trasformazione tempo-temperatura Credito wikipedia

È associato a proprietà meccaniche, microcostituenti / microstrutture e trattamenti termici negli acciai al carbonio.

Diagramma fotovoltaico isotermico

Fotovoltaico isotermico 800px
Diagramma FV isotermico Credito wikipedia

Esempio di processo isotermico

L'isotermia è un processo in cui la temperatura del sistema rimane invariata o costante.

Possiamo prendere l'esempio di un frigorifero e una pompa di calore. Qui, in entrambi i casi, l'energia termica viene rimossa e aggiunta, ma la temperatura dell'impianto rimane costante.

Esempi: frigorifero, pompa di calore

Lavoro isotermico

Abbiamo utilizzato il diagramma FV sopra al paragrafo. Se vogliamo scrivere la formula del lavoro svolto per questo. Dovremmo considerare l'area sotto la curva AB-VA-VB. Il lavoro svolto per questo integrale può essere dato come,

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

Qui nell'equazione,

n è il numero di moli

R è la costante dei gas

T è la temperatura in kelvin

Strato isotermico

Un termine di strato isotermico è usato nella scienza dell'atmosfera. È definito come uno strato verticale di aria o gas con temperatura costante per tutta l'altezza. Questa situazione sta accadendo al livello basso della troposfera in varie situazioni di avvezione.

PCR isotermica

La forma completa di PCR è una reazione a catena della polimerasi. Questa reazione viene utilizzata nelle tecniche di amplificazione isotermica per amplificare il DNA.

Equazione del processo isotermico

Se consideriamo la legge universale dei gas, l'equazione è data come di seguito,

PV = nRT

Ora, qui questo è in processo isotermico, quindi T = Costante,

PV = costante

L'equazione di cui sopra è valida per un sistema chiuso contenente gas ideale.

Abbiamo discusso il lavoro svolto in precedenza. Possiamo considerare questa equazione per il processo isotermico. Come sappiamo dalla figura Vb è il volume finale e Va è il volume iniziale.

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

Espansione isotermica di un gas ideale

  • isotermo - la temperatura è costante.
  • Espansione - il volume sta aumentando.

Significa che l'espansione isotermica aumenta il volume con una temperatura costante del sistema.

In questa condizione, il gas sta facendo lavoro, quindi il lavoro sarà negativo perché il gas applica energia per aumentare di volume.

Anche la variazione dell'energia interna è zero ΔU = 0 (gas ideale, temperatura costante)

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

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

Wrev = -nRTlnsinistra | frac{Vb}{Va} destra |

Espansione isotermica reversibile

Questo argomento è trattato nella spiegazione dell'espansione isotermica del gas ideale.

Reazione isotermica

Una reazione chimica che si verifica a una temperatura, o possiamo dire a una temperatura costante, è una reazione isotermica. Non è necessario che la variazione di temperatura continui la reazione fino alla fine.

Espansione isotermica irreversibile

Un processo irreversibile è un processo reale che affrontiamo nella realtà quasi sempre. Il sistema e l'ambiente circostante non possono essere ripristinati allo stato iniziale.

Sistema isotermico

Abbiamo discusso del sistema isotermico in espansione e compressione se prendiamo la disposizione cilindro-pistone.

Ci sono alcune ipotesi per questo sistema come,

  • Non c'è attrito tra pistone e cilindro
  • Non ci sono perdite di calore o di lavoro dal sistema
  • L'energia interna del sistema dovrebbe essere costante durante tutto il processo isotermico.

Se forniamo calore nella parte inferiore del cilindro, il pistone si sposterà da BDC a PMS, come mostrato in Figura. È un'espansione isotermica. Allo stesso modo, nella compressione isotermica inversa, come abbiamo spiegato in precedenza. Questo sistema completo è isotermico.

Modulo bulk isotermico

Modulo di massa è reciproco della comprimibilità.

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

Qui, il termine è il modulo bulk isotermico. Può essere definito come il rapporto tra la variazione di pressione e la variazione di volume a temperatura costante. È uguale a P (pressione) se risolviamo l'equazione precedente.

Energia interna isotermica

Abbiamo discusso in precedenza che l'energia interna del processo a temperatura costante rimane costante.

Coefficiente di compressibilità isotermica

Il coefficiente di compressibilità isotermica può essere preso come la variazione di volume per unità di variazione di pressione. È anche noto come comprimibilità dell'olio. È ampiamente utilizzato nella stima delle risorse di petrolio o gas negli studi sul petrolio.

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

Trasferimento di calore isotermico

Il processo di espansione e compressione a temperatura costante funziona secondo il principio dell'energia di degradazione zero. Se la temperatura è costante, allora l'energia interna cambia e entalpia il cambio è zero. Quindi, il trasferimento di calore è lo stesso del trasferimento di lavoro.

Se riscaldiamo il gas in una bombola, la temperatura del gas aumenterà. Vogliamo un sistema a temperatura costante, quindi dobbiamo mettere un dissipatore (sorgente fredda) per rifiutare la temperatura acquisita.

Supponiamo di considerare un cilindro con un pistone. Il gas si espanderà nel cilindro e il pistone darà un lavoro di spostamento dovuto al riscaldamento. Anche in questo caso la temperatura rimarrà costante.

Atmosfera isotermica

Può essere definito come il non c'è cambiamento di temperatura con l'altezza nell'atmosfera e la pressione sta diminuendo esponenzialmente con il movimento verso l'alto. È anche conosciuta come atmosfera esponenziale. Possiamo dire che l'atmosfera è in equilibrio idrostatico.

In questo tipo di atmosfera, possiamo calcolare lo spessore tra due altezze adiacenti con l'equazione riportata di seguito,

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

Dove,

Z1 e Z2 sono due diverse altezze,

P1 e P2 sono pressioni rispettivamente su Z1 e Z2,

R è la costante del gas per l'aria secca,

T è la temperatura virtuale in K,

g è l'accelerazione gravitazionale in m / s2

Superficie isotermica

Supponiamo di considerare qualsiasi superficie piatta, circolare o curvatura, ecc. Se tutti i punti su quella superficie hanno la stessa temperatura, allora possiamo dire che la superficie è isotermica.

Condizioni isotermiche

Come parola mia, sappiamo che la temperatura del sistema deve rimanere costante in questo processo isotermico. Per mantenere la temperatura costante, il sistema è libero di modificare altri parametri come pressione, volume, ecc. È anche possibile durante questo processo, l'energia di lavoro e l'energia termica possono essere modificate, ma la temperatura rimane la stessa.

Zona isotermica

Questa parola è generalmente usata nella scienza dell'atmosfera. È una zona dell'atmosfera dove la temperatura relativa è costante a qualche chilometro di altezza. Generalmente, è nella parte inferiore della stratosfera. Questa zona fornisce condizioni convenienti per gli aeromobili a causa della sua temperatura costante, accesso generale a nuvole e piogge, ecc.

Linee isotermiche

Questa parola è usata in geografia. Supponiamo di tracciare una linea su una mappa della terra per collegare diversi luoghi la cui temperatura è uguale o vicina alla stessa. È nota come linea isotermica in generale.

Qui, ogni punto riflette la temperatura particolare per la lettura presa in un periodo di tempo.

Cintura isotermica

in 1858 Sila McDowell di Franklin, dato questo nome per i paesi occidentali della Carolina del Nord, Rutherford e Polk. Questo termine è usato per una stagione in queste zone in cui si possono coltivare frutta, verdura, ecc., Facilmente a causa della costanza della temperatura.

Isotermico vs isobarico

Isotermico - costante di temperatura

Isobarico - Costante di pressione

tutto il processo
Isobarico, Isotermico e Adiabatico processi nel diagramma fotovoltaico

Confrontiamo entrambi i processi per il lavoro svolto. Secondo la figura, puoi notare entrambi i processi. Come sappiamo, quel lavoro svolto è un'area sotto l'integrale. Nella figura, possiamo facilmente vedere che l'area del processo isobarico è più così ovviamente, il lavoro svolto maggiormente in isobarico. C'è qualche condizione per questo. La pressione e il volume iniziali dovrebbero essere gli stessi. Questo non è vero perché non lavoriamo mai durante l'isobarico in nessuno dei cicli termodinamici. Questo argomento è logico.

La risposta corretta dipende dal tipo di condizione in cui il volume viene aumentato o diminuito durante il processo.

Isotermico vs isoentropico

Isotermico - costante di temperatura

Isentropico - Costante di entropia

Consideriamo il processo di compressione per capirlo,

Nella compressione isotermica, il pistone comprime il gas molto lentamente. Tanto lentamente per mantenere la temperatura costante del sistema.

Mentre nel caso di isoentropico, dovrebbero esserci n trasferimento di calore possibile tra il sistema e l'ambiente circostante. La compressione isoentropica avverrà senza trasferimento di calore con entropia costante.

Il processo isoentropico è simile a quello adiabatico, dove non c'è trasferimento di calore. Il sistema per il processo isoentropico dovrebbe essere ben isolato per la perdita di calore. Il processo di compressione isoentropica fornisce sempre una maggiore produttività grazie all'assenza di dispersione di calore.

FAQ

C'è trasferimento di calore nel processo isotermico?

Risposta: Sì, ora la domanda è perché e come?

Consideriamo un esempio di cilindro-pistone per capirlo,

Se il calore viene fornito alla parte inferiore del cilindro. La temperatura verrà mantenuta costante e il pistone si muoverà. O processo di espansione o compressione. Il calore viene trasferito, ma la temperatura del sistema rimarrà la stessa. Questo è il motivo per cui durante il ciclo di Carnot, il calore viene aggiunto a una temperatura costante.

Perché il processo isotermico è molto lento?

È necessario che il processo isotermico avvenga lentamente. Ora vedi, il trasferimento di calore è possibile mantenendo costante la temperatura del sistema. Significa che c'è un equilibrio termale del sistema con il corpo. La tempistica del processo è lenta per mantenere questo equilibrio termico e temperatura costante. Il tempo necessario per un efficace trasferimento di calore sarà maggiore, rallentando il processo.

Problemi di esempio di processo isotermico

Ci sono molte applicazioni nella vita quotidiana con una temperatura costante. Alcuni di loro sono spiegati come di seguito,

  • La temperatura all'interno del frigorifero viene mantenuta
  • È possibile sciogliere il ghiaccio mantenendo la temperatura costante a 0 ° C
  • Il processo di cambio di fase avviene a temperatura, evaporazione e condensazione costanti
  • Pompa di calore funzionante opposto alla refrigerazione

Quali sono alcuni esempi di vita reale di un processo isotermico?

C'è un numero enorme di esempi che possono essere possibili per questa domanda. Si prega di fare riferimento alle domande di cui sopra.

Qualsiasi processo di cambiamento di fase che si verifica a temperatura costante è un esempio di processo isotermico.

Evaporazione dell'acqua dal mare e dal fiume,

Congelamento dell'acqua e scioglimento del ghiaccio.

Perché il processo isotermico è più efficiente del processo adiabatico?

Consideriamo il processo reversibile. Se il processo è di espansione, il lavoro del processo isotermico è più di adiabatico. Puoi notare da un diagramma. Il lavoro svolto è un'area sotto la curva.

Supponiamo che il processo sia compressione, quindi opposto alla frase precedente. Il lavoro svolto nel processo adiabatico è più.

Giudicare questa domanda dipende da ogni condizione. Secondo la condizione di cui sopra, il processo isotermico è più efficiente di quello adiabatico.

Quale sarà il calore specifico per un processo isotermico un processo adiabatico e perché?

Il calore specifico può essere definito come la quantità di calore necessaria per aumentare la temperatura di una sostanza di 1 grado.

Q = m Cp Delta T

Se il processo è la temperatura costante, il ΔT = 0, quindi il calore specifico è indefinito o infinito.

Cp = Infinite (se la temperatura è costante)

Per il processo adiabatico, il trasferimento di calore non è possibile, Q = 0

Cp = 0 (il trasferimento di calore è 0)

In un processo isotermico, la variazione dell'energia interna è 0 perché?

L'energia interna è la funzione dell'energia cinetica delle molecole.

La temperatura indica l'energia cinetica media delle molecole associate al sistema.

Se la temperatura rimane costante, non vi è alcun cambiamento nell'energia cinetica. Quindi, l'energia interna rimane costante. La variazione di energia interna è zero.

Che cos'è la compressione isotermica o la compressione isoentropica più efficiente e perché?

Il processo isoentropico avviene ad entropia costante senza trasferimento di calore. Questo processo è sempre ideale e reversibile. Nel processo di compressione isoentropica, il sistema Energia interna è in aumento in quanto non vi è alcuna possibilità di trasferimento di calore tra l'impianto e l'ambiente circostante.

Nella compressione isotermica, il processo avviene molto lentamente poiché la temperatura e l'energia interna rimangono costanti. C'è trasferimento di calore tra il sistema e l'ambiente circostante.

Ecco perché il processo di compressione isoentropica è più efficiente.

Un processo isotermico ha una variazione di entalpia?

Possiamo capirlo chiaramente dall'equazione dell'entalpia.

L'entalpia H è data come di seguito,

Variazione di entalpia = variazione di energia interna + variazione di PV

Per un processo a temperatura costante,

Variazione dell'energia interna = 0,

Variazione di PV = 0.

Ecco perché cambiare entalpia = 0

Perché una curva adiabatica è più ripida di una curva isotermica?

Nel processo adiabatico, la temperatura del sistema aumenta durante la compressione. Sta diminuendo durante l'espansione. Per questo motivo, questa curva attraversa la curva isotermica in un certo punto del diagramma.

In isotermico, non c'è cambiamento di temperatura. La curva non diventerà più ripida come adiabatica.

Cosa succederebbe se aumentassi il volume di un sistema in un processo isotermico con energia esterna?

 Supponi di aumentare il volume del sistema. Vuoi che il sistema sia isotermico. Devi fare un'altra sistemazione per mantenere la temperatura. L'aumento del volume diminuisce la pressione.

Cosa c'è di così speciale nella parola “reversibile” in un processo isotermico o adiabatico?

Il primo legge della termodinamica afferma che entrambi i processi abbozzati sul diagramma PV sono medi reversibili. Il sistema raggiungerà la sua fase iniziale per rimanere in equilibrio.

Perché isotermico e adiabatico nel motore di Carnot?

I Ciclo di Carnot è il più efficiente in termodinamica. Il motivo è che tutto il processo nel ciclo è reversibile.

Carnot ha cercato di trasferire energia tra due sorgenti a temperatura costante (isotermica).

Ha cercato di massimizzare il lavoro di espansione e ridurre al minimo la compressione richiesta. Ha selezionato un processo adiabatico per questo.

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