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等温過程
鎖定
- 中文名
- 等温過程
- 外文名
- isothermal process
- 基本屬性
- 系統温度不變
- 擴展屬性
- 系統內能不變
- 學 科
- 熱力學
等温過程介紹
等温過程是熱力學術語,是指熱力學系統始末態温度相等,且等於環境的温度,在整個過程中環境的温度不變的熱力學過程。
等温過程相關規律
等温過程波義耳定律
等温過程卡諾循環
卡諾循環包括四個步驟:
等温吸熱,在這個過程中系統從高温熱源中吸收熱量;
等温放熱,在這個過程中系統向環境中放出熱量,體積壓縮;
絕熱壓縮,系統恢復原來狀態,在等温壓縮和絕熱壓縮過程中系統對環境作負功。
卡諾循環可以想象為是工作於兩個恆温熱源之間的準靜態過程,其高温熱源的温度為T1,低温熱源的温度為T2。這一概念是1824年N.L.S.卡諾在對熱機的最大可能效率問題作理論研究時提出的。卡諾假設工作物質只與兩個恆温熱源交換熱量,沒有散熱、漏氣、摩擦等損耗。為使過程是準靜態過程,工作物質從高温熱源吸熱應是無温度差的等温膨脹過程,同樣,向低温熱源放熱應是等温壓縮過程。因限制只與兩熱源交換熱量,脱離熱源後只能是絕熱過程。作卡諾循環的熱機叫做卡諾熱機。
等温過程熱力學勢
內能U 有時也用E表示;亥姆霍茲自由能A = U − TS 也常用F表示;焓 H = U + PV;吉布斯自由能 G = U + PV − TS(其中,T =温度, S =熵, P =壓強, V =體積)
dU = TdS - PdV;dF =-SdT - PdV;dH = TdS + VdP;dG = -SdT + VdP
通過對以上微分表達式求偏導(偏導數),可以得到T,S,P,V四個變量的偏導數間的“麥氏關係”。
等温過程辨析
等温過程與恆温過程常易混淆,一般地它們有如下辨析。
等温過程:系統始末態温度相等,且等於環境的温度,在整個過程中環境的温度不變。
圖2是等温膨脹圖,其物理意義為當內外的壓力只差無限小,系統內的氣體緩慢做功,且無摩擦等消耗,即系統和環境能完全恢復原狀,這説明變化過程每一瞬間,系統內部都能通過外部的恆温熱源進行熱交換,來維持系統的温度時刻與環境的温度相等,這就是所謂的可逆過程。但是,這種可逆過程只是一種理想的過程,實際上是辦不到的。因為一個過程必定引起狀態的變化,而狀態的改變一定破壞平衡,也就是不能使系統的温度時刻與
環境的温度相等,即存在温度的波動性。即使等温過程不是恆温過程,但當一個過程進行得非常非常慢,速度趨向於,這樣就有足夠的時間使氣體的壓力由微小的不均勻變為均勻,同時使系統能瞬間與外部恆温熱源進行熱交換而保持温度不變時,此時,等温過程與恆温過程相同,或者説恆温過程就是等温可逆過程。注意等温過程和絕熱過程的區別,即等温過程是過程中温度保持不變,可能有吸熱或放熱,絕熱過程是過程中沒有吸放熱,但温度可能變化,所以系統温度的改變並不標誌系統有無熱的得失,有熱量得失的過程可以是恆温過程,也可以是非恆温過程。
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故等温過程的準確定義應該為:等温過程是指環境温度恆定不變,系統的始態和終態温度相同並等於環境温度的過程,而且變化過程中系統温度可以有波動,温度波動的大小對於系統過程要視具體問題而言。對於研究不是狀態函數的物理量的時候,應考慮過程温度的變化;對於研究狀態函數的時候,可以不考慮過程温度的變化,即温度的波動影響可以忽略不計,而只需要保持系統的始態和終態温度相同並等於環境温度。
等温過程例證
等温過程例如,與恆温箱接觸的一個氣筒,可用一活塞對它緩慢地壓縮,所做的功表現為流進容器內使氣體的温度保持不變的能量。蓄電池在室温下緩慢充電和放電,都是近似的等温過程。又如,在101.325kpa,273.15K下冰的熔化成水是等温,恆壓的可逆相變過程。對一定質量理想氣體等温可逆過程的特徵是氣體壓強P和體積V的乘積不變,PV=恆量。理想氣體的內能僅僅是温度的函數,所以過程中內能不變。
理想氣體經等温過程由狀態I(p1,V1)到狀態 Ⅱ(p2,V2)時系統所做的功