Ізотермічний процес

Ізотермі́чний проце́с — фізичний (термодинамічний) процес, що відбувається у фізичній (термодинамічній) системі при сталій температурі^[1].

Ізотермічний процес відбувається достатньо повільно для того, щоб температура підтримувалася сталою завдяки теплообміну із середовищем. При ізотермічному стисненні тіло віддає тепло в середовище, при ізотермічному розширенні — вбирає тепло із середовища. Прикладами ізотермічного процесу є кипіння рідини або плавлення твердого тіла при сталому тиску.

Теорія ізотермічного процесу для ідеального газу

Згідно з рівнянням стану ідеального газу (або рівняння Клайпейрона-Менделєєва), характеристики ідеального газу задовільняють рівність

${\displaystyle {pV}={\frac {m}{\mu }}RT}$,

де p — тиск, V — об'єм, m — маса, T — температура газу відповідно, μ — молярна маса газу, R — газова стала.

Газ сталої маси може перебувати в різних станах з різними параметрами:

${\displaystyle {\frac {p_{1}V_{1}}{T_{1}}}={\frac {m}{\mu }}R}$

${\displaystyle {\frac {p_{2}V_{2}}{T_{2}}}={\frac {m}{\mu }}R}$

Оскільки праві частини обох виразів однакові, то, порівнюючи їх ліві частини, отримаємо рівняння, справедливе для газу незмінної маси:

${\displaystyle {\frac {p_{1}V_{1}}{T_{1}}}={\frac {p_{2}V_{2}}{T_{2}}}}$

або

${\displaystyle {\frac {p_{1}V_{1}}{T_{1}}}={\text{const}}}$

Останнє рівняння називають рівнянням Клапейрона (об'єднаним газовим законом).

Процеси, які відбуваються за незмінного значення одного з параметрів ідеального газу сталої маси m і молярної маси μ називають ізопроцесами. Оскільки жоден із параметрів газу не може бути строго фіксованим, то ізопроцес — це ідеалізована модель стану ідеального газу. Ізотермічним процесом називається процес, в якому маса газу, молярна маса газу та його температура є константами.

Якщо до ізотермічного процесу застосувати рівняння Клапейрона, то з урахуванням сталості температури ${\displaystyle T_{1}=T_{2}}$ воно набуде вигляду

${\displaystyle {p_{1}V_{1}}={p_{2}V_{2}}}$

або

${\displaystyle {p_{1}V_{1}}={\text{const}},}$

тобто, для деякої маси газу добуток тиску газу на об'єм за незмінної температури є сталою величиною. Цей закон (закон Бойля — Маріотта) справедливий для будь-яких газів, які можна вважати ідеальними, а також для їхніх сумішей.

Графічно залежність тиску газу від об'єму при умові незмінності температури можна зобразити у вигляді кривої — ізотерми. Прикладами ізотермічного процесу є процес стискання повітря компресором, або розширення під поршнем насоса газу внаслідок відкачування його з посудини.

Див. також

• Термодинамічна система
• Термодинамічні процеси
• Рівновага термодинамічної системи