Processus isotherme | Tous les faits importants avec 13 FAQ

Contenu

Définition isotherme

Un processus isotherme est un processus thermodynamique. Dans ce processus isotherme, la température du système reste constante tout au long du processus. Si nous considérons que la température est T. Le changement de température est ΔT.

Pour le processus isotherme, on peut dire que ΔT = 0

Expansion isotherme

L'expansion isotherme augmente le volume avec une température constante du système.

Isotherme - constante de température

Expansion - Augmentation du volume

Processus isotherme: expansion
Expansion isotherme

Considérons l'agencement piston-cylindre pour comprendre si le piston passe du BDC (point mort bas) au TDC (point mort haut) avec une température constante du gaz. Ce processus isotherme est considéré comme une expansion isotherme.

Compression isotherme

La compression isotherme est un volume décroissant avec une température constante du système.

Isotherme - constante de température

Compression - volume décroissant

Compression isotherme

Considérons une autre condition si le piston se déplace de TDC à BDC (Point mort bas) avec une température constante du gaz. Ce processus isotherme est considéré comme une compression isotherme.

Isotherme vs adiabatique

Isotherme signifie température constante.

Adiabatique signifie énergie thermique constante.

Certaines conditions pour un processus isotherme sont:

  • La température doit rester constante.
  • La variation doit se produire à un rythme lent.
  • La chaleur spécifique du gaz est infinie.

Certaines conditions de base pour adiabatique sont les suivantes:

  • Aucun transfert de chaleur ne se produit en adiabatique.
  • La variation doit se produire très rapidement.
  • La chaleur spécifique du gaz est 0 (zéro).

Calorimétrie isotherme

C'est une technique pour trouver l'interaction des paramètres thermodynamiques dans une solution chimique. En utilisant la calorimétrie isotherme, on peut trouver l'affinité de liaison, la stoechiométrie de liaison et les changements d'enthalpie entre deux ou plusieurs interactions de molécules.

Amplification isotherme

C'est l'une des techniques utilisées pour la surveillance des agents pathogènes. Dans ces techniques, l'ADN est amplifié avec une sensibilité supérieure à celle de la réaction en chaîne par polymérase de référence (PCR).

Amplification d'acide nucléique isotherme

L'amplification isothermique des acides nucléiques est une technique qui est efficace et qui accumule plus rapidement l'acide nucléique lors du processus isotherme. C'est un processus simple et efficace. Depuis, vers 1990, de nombreux procédés d'amplification isotherme ont été développés comme alternatives à une réaction en chaîne par polymérase (PCR).

Diagramme de transformation isotherme

Un diagramme de transformation isotherme est utilisé pour comprendre la cinétique de l'acier. Il est également connu sous le nom de diagramme de transformation temps-température.

Diagramme temps-température-transformation Crédit Wikipédia

Il est associé aux propriétés mécaniques, aux microconstituants / microstructures et aux traitements thermiques dans les aciers au carbone.

Diagramme PV isotherme

Diagramme photovoltaïque isotherme Crédit Wikipédia

Exemple de procédé isotherme

L'isothermie est un processus dans lequel la température du système reste inchangée ou constante.

On peut prendre l'exemple d'un réfrigérateur et d'une thermopompe. Ici, dans les deux cas, l'énergie thermique est retirée et ajoutée, mais la température du système reste constante.

Exemples: réfrigérateur, pompe à chaleur

Travail isotherme

Nous avons utilisé le diagramme PV ci-dessus. Si nous voulons écrire une formule de travail effectué pour cela. Nous devons considérer l'aire sous la courbe AB-VA-VB. Le travail effectué pour cette intégrale peut être donné comme suit:

W = nRT ln \ frac {{Vb}} {Va}

Ici dans l'équation,

n est le nombre de moles

R est la constante des gaz

T est la température en kelvin

Couche isotherme

Un terme de couche isotherme est utilisé en science atmosphérique. Il est défini comme une couche verticale d'air ou de gaz à température constante sur toute la hauteur. Cette situation se produit au bas niveau de la troposphère dans diverses situations d'advection.

PCR isotherme

La forme complète de la PCR est une réaction en chaîne par polymérase. Cette réaction est utilisée dans les techniques d'amplification isotherme pour amplifier l'ADN.

Équation de processus isotherme

Si nous considérons la loi universelle des gaz, l'équation est donnée ci-dessous,

PV = nRT

Maintenant, ici c'est en processus isotherme, donc T = Constant,

PV = constante

L'équation ci-dessus est valable pour un système fermé contenant du gaz parfait.

Nous avons discuté du travail effectué plus tôt. Nous pouvons considérer cette équation pour le processus isotherme. Comme nous le savons d'après la figure Vb est le volume final et Va est le volume initial.

W = nRT ln \ frac {{Vb}} {Va}

Expansion isotherme d'un gaz parfait

  • Isotherme - la température est constante.
  • Expansion - le volume augmente.

Cela signifie que l'expansion isotherme augmente le volume avec une température constante du système.

Dans cette condition, le gaz fait actuellement, donc le travail sera négatif car le gaz applique de l'énergie pour augmenter le volume.

Le changement d'énergie interne est également nul ΔU = 0 (gaz parfait, température constante)

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

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

Wrev = -nRTln \ gauche | \ frac {Vb} {Va} \ right |

Expansion réversible isotherme

Ce sujet est couvert pour expliquer l'expansion isotherme du gaz parfait.

Réaction isotherme

Une réaction chimique se produisant à une température, ou on peut dire à température constante, est une réaction isotherme. Il n'est pas nécessaire de changer de température pour poursuivre la réaction jusqu'à la fin.

Expansion irréversible isotherme

Un processus irréversible est un processus réel auquel nous sommes confrontés en réalité presque tout le temps. Le système et son environnement ne peuvent pas être restaurés à leur état initial.

Système isotherme

Nous avons discuté du système isotherme en expansion et en compression si nous prenons un arrangement piston-cylindre.

Il y a quelques hypothèses pour ce système comme,

  • Il n'y a pas de friction entre le piston et le cylindre
  • Il n'y a pas de perte de chaleur ou de travail du système
  • L'énergie interne du système doit être constante tout au long du processus isotherme.

Si nous fournissons de la chaleur au bas du cylindre, le piston passera du PMB au PMH, comme illustré sur la figure. C'est une expansion isotherme. De même, en compression isotherme inverse, comme nous l'avons expliqué précédemment. Ce système complet est isotherme.

Module de volume isotherme

Le module de masse est réciproque de la compressibilité.

B (isotherme) = - \ frac {\ Delta P} {\ frac {\ Delta V} {V}}

Ici, le terme est le module de volume isotherme. Il peut être défini comme le rapport entre le changement de pression et le changement de volume à température constante. Elle est égale à P (pression) si nous résolvons l'équation ci-dessus.

Énergie interne isotherme

Nous avons discuté précédemment que l'énergie interne du processus à température constante reste constante.

Coefficient de compressibilité isotherme

Le coefficient de compressibilité isotherme peut être considéré comme le changement de volume par unité de changement de pression. Elle est également connue sous le nom de compressibilité de l'huile. Il est largement utilisé dans l'estimation des ressources de pétrole ou de gaz dans les études pétrolières.

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

Transfert de chaleur isotherme

Le processus d'expansion et de compression à température constante fonctionne sur le principe de l'énergie de dégradation nulle. Si la température est constante, alors le changement d'énergie interne et le changement d'enthalpie sont nuls. Ainsi, le transfert de chaleur est le même que le transfert de travail.

Si nous chauffons le gaz dans n'importe quelle bouteille, la température du gaz augmentera. Nous voulons un système à température constante, nous devons donc mettre un évier (source froide) pour rejeter la température acquise.

Supposons que nous considérions un cylindre avec un piston. Le gaz se dilatera dans le cylindre et le piston effectuera un travail de déplacement en raison de l'échauffement. La température restera constante dans ce cas également.

Atmosphère isotherme

Il peut être défini comme le fait qu'il n'y a pas de changement de température avec la hauteur dans l'atmosphère et que la pression diminue de façon exponentielle avec le déplacement vers le haut. Elle est également connue sous le nom d'atmosphère exponentielle. On peut dire que l'atmosphère est en équilibre hydrostatique.

Dans ce type d'atmosphère, on peut calculer l'épaisseur entre deux hauteurs adjacentes avec l'équation donnée ci-dessous,

Z2-Z1 = \ frac {RT} {g} ln \ frac {P1} {P2}

Où,

Z1 et Z2 sont deux hauteurs différentes,

P1 et P2 sont des pressions à Z1 et Z2, respectivement,

R est la constante des gaz pour l'air sec,

T est la température virtuelle en K,

g est l'accélération gravitationnelle en m / s2

Surface isotherme

Supposons que nous considérions n'importe quelle surface plane, circulaire ou courbée, etc. Si tous les points de cette surface sont à la même température, alors nous pouvons dire que la surface est isotherme.

Conditions isothermes

Comme je le dis, nous savons que la température du système doit rester constante dans ce processus isotherme. Pour maintenir la température constante, le système est libre de changer d'autres paramètres comme la pression, le volume, etc. Il est également possible pendant ce processus, l'énergie de travail et l'énergie thermique peuvent être modifiées, mais la température reste la même.

Zone isotherme

Ce mot est généralement utilisé en science atmosphérique. C'est une zone de l'atmosphère où la température relative est constante à quelques kilomètres de hauteur. Généralement, c'est dans la partie inférieure de la stratosphère. Cette zone offre des conditions aéronautiques pratiques en raison de sa température constante, de son accès général aux nuages ​​et aux pluies, etc.

Lignes isothermes

Ce mot est utilisé en géographie. Supposons que nous dessinions une ligne sur une carte de la Terre pour relier différents endroits dont la température est la même ou proche de la même. Elle est connue sous le nom de ligne isotherme en général.

Ici, chaque point reflète la température particulière pour la lecture prise dans une période de temps.

Ceinture isotherme

En 2013, j'ai nommé Ambassadeur Amina C. Mohamed, mon secrétaire du Cabinet (Ministre) du Ministère des Affaires étrangères et du Commerce international. Depuis lors, l'Ambassadeur Mohamed a dirigé avec brio notre action diplomatique. Nous avons bénéficié énormément de ses démarches tant régionalesqu’internationales d'importance à la fois nationale et continentale.  Silas McDowell de Franklin, qui a donné ce nom aux pays de l'ouest de la Caroline du Nord, de Rutherford et de Polk. Ce terme est utilisé pour une saison dans ces zones où l'on peut facilement faire pousser des fruits, des légumes, etc., en raison de la cohérence de la température.

Isotherme vs isobare

Isotherme - constante de température

Isobare - Constante de pression

Processus isobares, isothermes et adiabatiques dans le diagramme PV

Comparons les deux processus pour le travail effectué. Selon la figure, vous pouvez remarquer les deux processus. Comme nous le savons, ce travail fait est un domaine sous l'intégrale. Sur la figure, nous pouvons facilement voir que la zone de processus isobare est plus évidemment, un travail effectué plus en isobare. Il y a une condition pour cela. La pression et le volume initiaux doivent être identiques. Ce n'est pas vrai parce que nous n'obtenons jamais de travail pendant l'isobare dans aucun des cycles thermodynamiques. Ce sujet est logique.

La bonne réponse dépend du type de condition selon laquelle le volume est augmenté ou diminué au cours du processus.

Isotherme vs isentropique

Isotherme - constante de température

Isentropique - Constante d'entropie

Considérons le processus de compression pour le comprendre,

En compression isotherme, le piston comprime le gaz très lentement. Autant lentement pour maintenir la température constante du système.

Alors que dans le cas de l'isentropique, il ne devrait y avoir aucun transfert de chaleur possible entre le système et son environnement. La compression isentropique se produira sans transfert de chaleur avec une entropie constante.

Le processus isentropique est similaire à l'adiabatique, où il n'y a pas de transfert de chaleur. Le système pour le processus isentropique doit être bien isolé contre les pertes de chaleur. Le processus de compression isentropique donne toujours plus de travail en raison de l'absence de perte de chaleur.

FAQs

Y a-t-il un transfert de chaleur dans le processus isotherme?

Réponse: Oui, maintenant la question est pourquoi et comment?

Prenons un exemple piston-cylindre pour le comprendre,

Si la chaleur est fournie au fond du cylindre. La température sera maintenue constante et le piston se déplacera. Processus d'expansion ou de compression. La chaleur est transférée, mais la température du système restera la même. C'est pourquoi pendant le cycle Carnot, de la chaleur est ajoutée à température constante.

Pourquoi le processus isotherme est-il très lent?

Il est nécessaire que le processus isotherme se produise lentement. Maintenant, voyez, le transfert de chaleur est possible en maintenant la température du système constante. Cela signifie qu'il existe un équilibre thermique du système avec le corps. La synchronisation du processus est lente pour maintenir cet équilibre thermique et une température constante. Le temps requis pour un transfert de chaleur efficace sera plus long, ce qui ralentira le processus.

Problèmes d'exemple de processus isotherme

Il existe de nombreuses applications dans la vie de tous les jours à température constante. Certains d'entre eux sont expliqués ci-dessous,

  • La température à l'intérieur du réfrigérateur est maintenue
  • Il est possible de faire fondre la glace en maintenant la température constante à 0 ° C
  • Le processus de changement de phase se produit à température, évaporation et condensation constantes
  • Pompe à chaleur qui fonctionne à l'opposé de la réfrigération

Quels sont quelques exemples concrets d'un processus isotherme?

Il existe un grand nombre d'exemples possibles pour cette question. Veuillez vous référer aux questions ci-dessus.

Tout processus de changement de phase se produisant à température constante est un exemple de processus isotherme.

Évaporation de l'eau de la mer et du fleuve,

Gel de l'eau et fonte de la glace.

Pourquoi le procédé isotherme est-il plus efficace que le procédé adiabatique?

Considérons le processus réversible. Si le processus est une expansion, alors le travail du processus isotherme est plus qu'adiabatique. Vous pouvez le remarquer par un diagramme. Le travail effectué est une zone sous la courbe.

Supposons que le processus soit la compression, puis l'opposé de la phrase ci-dessus. Le travail effectué dans le processus adiabatique est plus.

Juger cette question dépend de chaque condition. Selon la condition ci-dessus, le processus isotherme est plus efficace que l'adiabatique.

Quelle sera la chaleur spécifique pour un procédé isotherme un procédé adiabatique, et pourquoi?

La chaleur spécifique peut être définie comme la quantité de chaleur nécessaire pour augmenter la température d'une substance de 1 degré.

Q = m Cp \ Delta T

Si le processus est la température constante, le ΔT = 0, donc la chaleur spécifique est indéfinie ou infinie.

Cp = Infini (si la température est constante)

Pour le procédé adiabatique, le transfert de chaleur n'est pas possible, Q = 0

Cp = 0 (le transfert de chaleur est égal à 0)

Dans un processus isotherme, le changement d'énergie interne est de 0 Pourquoi?

L'énergie interne est fonction de l'énergie cinétique des molécules.

La température indique l'énergie cinétique moyenne des molécules associées au système.

Si la température reste constante, il n'y a pas de changement d'énergie cinétique. Par conséquent, l'énergie interne reste constante. Le changement d'énergie interne est nul.

Qu'est-ce qui est la compression isotherme ou la compression isentropique la plus efficace, et pourquoi?

Le processus isentropique se produit à entropie constante sans transfert de chaleur. Ce processus est toujours idéal et réversible. Dans le processus de compression isentropique, l'énergie interne du système augmente car il n'y a aucune possibilité de transfert de chaleur entre le système et l'environnement.

En compression isotherme, le processus se produit très lentement car la température et l'énergie interne restent constantes. Il y a un transfert de chaleur entre le système et l'environnement.

C'est pourquoi le processus de compression isentropique est plus efficace.

Un processus isotherme a-t-il un changement d'enthalpie?

On peut le comprendre clairement par l'équation d'enthalpie.

L'enthalpie H est donnée comme ci-dessous,

Changement d'enthalpie = changement d'énergie interne + changement de PV

Pour un processus à température constante,

Changement d'énergie interne = 0,

Changement de PV = 0.

C'est pourquoi changer d'enthalpie = 0

Pourquoi une courbe adiabatique est-elle plus raide qu'une courbe isotherme?

Dans le processus adiabatique, la température du système augmente pendant la compression. Il diminue pendant l'expansion. De ce fait, cette courbe croise la courbe isotherme en un certain point du diagramme.

En isotherme, il n'y a pas de changement de température. La courbe ne deviendra pas plus raide comme adiabatique.

Que se passerait-il si j'augmentais le volume d'un système dans un processus isotherme avec de l'énergie externe?

 Supposons que vous augmentiez le volume du système. Vous voulez que le système soit isotherme. Vous devez faire un autre arrangement pour maintenir la température. L'augmentation du volume diminue la pression.

Quelle est la particularité du mot «réversible» dans un processus isotherme ou adiabatique?

La première loi de la thermodynamique stipule que les deux processus esquissés sur le diagramme PV sont des moyennes réversibles. Le système arrivera à son stade initial pour rester en équilibre.

Pourquoi isotherme et adiabatique dans le moteur Carnot?

Le cycle Carnot est le plus efficace en thermodynamique. La raison derrière tout cela est que tout le processus du cycle est réversible.

Carnot a tenté de transférer de l'énergie entre deux sources à température constante (Isotherme).

Il a essayé de maximiser le travail d'expansion et de minimiser la compression requise. Il a choisi un procédé adiabatique pour cela.

Pour plus d'articles, Cliquez ici

À propos de Deepakkumar Jani

Je suis Deepak Kumar Jani, titulaire d'un doctorat en mécanique-énergie renouvelable. J'ai cinq ans d'enseignement et deux ans d'expérience en recherche. Mes domaines d'intérêt sont l'ingénierie thermique, l'ingénierie automobile, la mesure mécanique, le dessin technique, la mécanique des fluides, etc. J'ai déposé un brevet sur "L'hybridation de l'énergie verte pour la production d'électricité". J'ai publié 17 articles de recherche et deux livres.
Je suis heureux de faire partie des Lambdageeks et j'aimerais présenter une partie de mon expertise de manière simpliste aux lecteurs.
Outre les universitaires et la recherche, j'aime errer dans la nature, capturer la nature et sensibiliser les gens à la nature.
Connectons-nous via LinkedIn - https://www.linkedin.com/in/jani-deepak-b0558748/.
Reportez-vous également à ma chaîne YouTube concernant « Invitation de la nature »

Laisser un commentaire

Votre adresse email n'apparaîtra pas. Les champs obligatoires sont marqués *

Geeks Lambda