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Die Wissenschaft der Physik untersucht Objekte und Systeme, um ihre Bewegungen, Temperaturen und andere Eigenschaften zu messen. Physikalische Konzepte können auf alles angewendet werden, von einzelligen Organismen bis hin zu mechanischen und subatomaren Systemen, Planeten, Sternen, Galaxien und all den Prozessen, die sie steuern. Innerhalb der Physik gibt es die Thermodynamik, ein Zweig, der sich auf Energieänderungen (Wärme) und die Eigenschaften eines Systems während einer physikalischen oder chemischen Reaktion konzentriert.
Ein isothermer Prozess ist ein thermodynamischer Prozess, bei dem die Temperatur eines Systems konstant bleibt . Die Wärmeübertragung in das oder aus dem System erfolgt so langsam, dass das thermische Gleichgewicht aufrechterhalten wird. Das Wort thermisch ist ein Begriff, der die Wärme eines Systems beschreibt, „iso“ bedeutet „gleich“, also bedeutet „isotherm“ „gleiche Wärme“, was das thermische Gleichgewicht definiert.
Der isotherme Prozess
Im Allgemeinen gibt es während eines isothermen Prozesses eine Änderung der inneren Energie, der thermischen Energie und der Arbeit; Obwohl die Temperatur immer konstant bleibt, sorgt etwas im System dafür, dass diese Temperatur gleich bleibt. Ein ideales Beispiel ist der Carnot-Zyklus, der im Grunde beschreibt, wie eine Wärmekraftmaschine funktioniert, indem sie einem Gas Wärme zuführt. Dadurch dehnt sich das Gas in einem Zylinder aus und drückt einen Kolben, um die Arbeit zu verrichten; dann muss die Wärme oder das Gas aus dem Zylinder ausgestoßen (oder entladen) werden, um Platz für den nächsten Wärme-/Expansionszyklus zu schaffen. Diese erwähnte Referenz ist ein anschauliches Beispiel dafür, was im Inneren des Motors eines Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor passiert.
Wenn der erläuterte Zyklus vollständig effizient ist, ist der Prozess isotherm, weil die Temperatur konstant bleibt, während sich der Druck ändert.
Um die grundlegenden Konzepte des isothermen Prozesses zu verstehen, müssen wir die Wirkung von Gasen in einem System berücksichtigen. Die innere Energie eines „idealen Gases“ hängt nur von der Temperatur ab, daher ist die Änderung der inneren Energie während eines isothermen Prozesses für ein ideales Gas gleich 0; Die gesamte Wärme, die einem System zugeführt wird, trägt dazu bei, den Prozess isotherm zu halten, solange der Druck konstant bleibt. Bei der Betrachtung eines idealen Gases legt die am System geleistete Arbeit zur Aufrechterhaltung der Temperatur nahe, dass das Volumen des Gases abnehmen muss, wenn der Druck im System zunimmt. Nach dem idealen Gasgesetz ändert sich der Druck linear mit Temperatur und Menge und umgekehrt mit dem Volumen.
Isotherme Prozesse und Aggregatzustände
Isotherme Prozesse sind vielfältig. Das Verdampfen von Wasser in die Luft gehört dazu, ebenso wie das Sieden von Wasser bis zu einem bestimmten Siedepunkt.
Es gibt auch viele chemische Reaktionen, die das thermische Gleichgewicht aufrechterhalten, und in der Biologie soll die Wechselwirkung einer Zelle mit ihren umgebenden Zellen (oder anderen Materialien) zu einem isothermen Prozess führen.
Verdampfen, Schmelzen und Sieden sind ebenfalls Phasenänderungen, d. h. Änderungen in Wasser oder anderen Flüssigkeiten oder Gasen, die bei konstanter Temperatur und konstantem Druck stattfinden.
Verfolgung eines isothermen Prozesses
In der Physik erfolgt die grafische Darstellung dieser Reaktionen und Prozesse mittels Diagrammen (Graphen). In einem Phasendiagramm wird ein isothermer Prozess entlang einer vertikalen Linie oder einer Ebene in einem 3D-Diagramm durch eine konstante Temperatur dargestellt; Druck und Volumen können sich ändern, um die Temperatur des Systems aufrechtzuerhalten.
Wenn sie sich ändern, ist es einem Stoff möglich, seinen Aggregatzustand zu ändern, selbst wenn seine Temperatur konstant bleibt; Daher bedeutet die Verdampfung von Wasser beim Kochen, dass die Temperatur dieselbe bleibt wie das System von Druck und Volumenänderung. diese wird über der Temperatur (die konstant bleibt) entlang des Diagramms aufgetragen.
Anwendungen der Untersuchung isothermer Prozesse
Wenn Wissenschaftler isotherme Prozesse in Systemen untersuchen, betrachten sie Wärme, Energie und die Verbindung zwischen ihnen sowie die mechanische Energie, die erforderlich ist, um die Temperatur eines Systems zu ändern oder aufrechtzuerhalten. Dieses Verständnis hilft Biologen zu untersuchen, wie Lebewesen ihre Temperatur regulieren. Es gilt auch für Ingenieurwissenschaften, Weltraumwissenschaften, Planetenwissenschaften, Geologie und viele andere Wissenschaftszweige. Thermodynamische Kreisläufe und damit isotherme Prozesse sind die Grundidee von Wärmekraftmaschinen. Diese Vorrichtungen werden verwendet, um Stromerzeugungsanlagen und, wie oben erwähnt, Autos, Lastwagen, Flugzeuge und andere Fahrzeuge mit Energie zu versorgen; Darüber hinaus existieren diese Systeme auch in Raketen und Raumfahrzeugen.
Verweise
https://solar-energia.net/termodinamica/procesos-termodinamicos/proceso-isotermico
https://www.thermal-engineering.org/en/what-is-the-isotherm-process-definition/
Universitätsphysik , Sears und Zemansk, Addison-Wesley 2019
