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Was ist Isotherme Expansion – Isotherme Kompression – Definition

Isotherme Expansion – Isotherme Kompression. Nehmen Sie eine isotherme Expansion von Helium (i → f) in einem reibungslosen Kolben (geschlossenes System) an. Die Gasexpansion wird durch Absorption von Wärmeenergie Qadd angetrieben. Wärmetechnik

Isothermer Prozess

Ein isothermer Prozess ist ein thermodynamischer Prozess , bei dem die Temperatur des Systems konstant bleibt (T = const). Die Wärmeübertragung in oder aus dem System muss typischerweise mit einer so langsamen Geschwindigkeit erfolgen, um sich durch Wärmeaustausch kontinuierlich an die Temperatur des Speichers anzupassen. In jedem dieser Zustände bleibt das thermische Gleichgewicht erhalten.

Für ein ideales Gas und einen polytropischen Prozess entspricht der Fall n = 1 einem isothermen Prozess (konstante Temperatur). Im Gegensatz zum adiabatischen Prozess , bei dem n = κ   und ein System keine Wärme mit seiner Umgebung austauscht (Q = 0; ∆T ≠ 0 , ändert sich bei einem isothermen Prozess die innere Energie nicht (aufgrund von ∆T = 0) ) und daher ΔU = 0 (für ideale Gase) und Q ≠ 0. Ein adiabatischer Prozess ist nicht notwendigerweise ein isothermer Prozess, noch ist ein isothermer Prozess notwendigerweise adiabatisch.

In der Technik sind Phasenänderungen wie Verdampfung oder Schmelzen isotherme Prozesse, wenn sie wie gewöhnlich bei konstantem Druck und konstanter Temperatur auftreten.

Isothermer Prozess - Hauptmerkmale
Isothermer Prozess – Hauptmerkmale
Boyle-Mariotte-Gesetz
Boyle-Mariotte-Gesetz. Bei einer festen Gasmasse bei konstanter Temperatur ist das Volumen umgekehrt proportional zum Druck. Quelle: grc.nasa.gov Die NASA-Urheberrechtsrichtlinie besagt, dass „NASA-Material nicht urheberrechtlich geschützt ist, sofern nicht anders angegeben“.

Isotherme Expansion – Isotherme Kompression

Siehe auch: Was ist ein ideales Gas?

Isothermenkurve - BeispielIn einem idealen Gas haben Moleküle kein Volumen und interagieren nicht. Nach dem idealen Gasgesetz ändert sich der Druck linear mit Temperatur und Menge und umgekehrt mit dem Volumen .

pV = nRT

wo:

  • p ist der absolute Druck des Gases
  • n ist die Substanzmenge
  • T ist die absolute Temperatur
  • V ist die Lautstärke
  • R  ist die ideale oder universelle Gaskonstante, die dem Produkt der Boltzmann-Konstante und der Avogadro-Konstante entspricht.

In dieser Gleichung ist das Symbol R eine Konstante, die als universelle Gaskonstante bezeichnet wird und für alle Gase den gleichen Wert hat, nämlich R = 8,31 J / mol K.

Der isotherme Prozess  kann mit dem idealen Gasgesetz ausgedrückt werden als:

pV = konstant

oder

1 V 1  = p 2 V 2

Auf einem pV – Diagramm, tritt der Prozess entlang einer Linie (eine Isotherme genannt), die die Gleichung hat p = constant / V .

Beispiel eines isothermen Prozesses

Isothermer Prozess - pV-Diagramm
Isothermer Prozess – pV-Diagramm

Nehmen Sie eine isotherme Expansion von Helium (i → f) in einem reibungslosen Kolben (geschlossenes System) an. Die Gasexpansion wird durch Absorption von Wärmeenergie add angetrieben . Das Gas dehnt sich ab einem Anfangsvolumen von 0,001 m 3 aus und gleichzeitig nimmt die äußere Belastung des Kolbens langsam und kontinuierlich von 1 MPa auf 0,5 MPa ab. Da sich Helium fast wie ein ideales Gas verhält, verwenden Sie das ideale Gasgesetz , um das Endvolumen der Kammer zu berechnen, und berechnen Sie dann die vom System geleistete Arbeit, wenn die Temperatur des Gases 400 K beträgt.

Lösung:

Das Endvolumen des Gases V f kann unter Verwendung der Beziehung p, V, T für den isothermen Prozess berechnet werden :

i V i = p f V f ⇒ f = p i V i / p f = 2 × 0,001 m 3 = 0,002 m 3

Um solche Prozesse zu berechnen, müssten wir wissen, wie sich der Druck mit dem Volumen für den tatsächlichen Prozess ändert, durch den sich das System von Zustand i zu Zustand f ändert . Da während dieses Vorgangs der Innendruck nicht konstant war, muss die vom Kolben geleistete p∆V- Arbeit mit dem folgenden Integral berechnet werden:

isothermer Prozess - Beispiel

Konventionell bedeutet ein positiver Wert für Arbeit, dass das System an seiner Umgebung arbeitet. Ein negativer Wert zeigt an, dass die Umgebung am System arbeitet. Die pΔV-Arbeit ist gleich der Fläche unter der Prozesskurve, die im Druck-Volumen-Diagramm aufgetragen ist.

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Dieser Artikel basiert auf der maschinellen Übersetzung des englischen Originalartikels. Weitere Informationen finden Sie im Artikel auf Englisch. Sie können uns helfen. Wenn Sie die Übersetzung korrigieren möchten, senden Sie diese bitte an: translations@nuclear-power.com oder füllen Sie das Online-Übersetzungsformular aus. Wir bedanken uns für Ihre Hilfe und werden die Übersetzung so schnell wie möglich aktualisieren. Danke.