Processus isothermique
Un processus isothermique est un processus thermodynamique dans lequel la température du système reste constante (T = const). Le transfert de chaleur à l’intérieur ou à l’extérieur du système doit généralement se faire à une vitesse aussi lente afin de s’adapter en permanence à la température du réservoir par le biais d’un échange de chaleur. Dans chacun de ces états, l’ équilibre thermique est maintenu.
Pour un gaz parfait et un processus polytropique, le cas n = 1 correspond à un processus isotherme (à température constante). Contrairement au processus adiabatique , dans lequel n = κ et un système n’échange aucune chaleur avec son environnement (Q = 0; ∆T ≠ 0 ) , dans un processus isothermique, il n’ya pas de changement de l’énergie interne (dû à T = 0 ) et donc ΔU = 0 (pour les gaz parfaits) et Q 0. Un processus adiabatique n’est pas nécessairement un processus isotherme, pas plus qu’un processus isothermique est nécessairement adiabatique.
En ingénierie, les changements de phase, tels que l’évaporation ou la fusion, sont des processus isothermiques lorsque, comme c’est habituellement le cas, ils se produisent à pression et température constantes.
Expansion Isothermique – Compression Isothermique
Voir aussi: Qu’est-ce qu’un gaz parfait?
Dans un gaz parfait , les molécules n’ont pas de volume et n’interagissent pas. Selon la loi du gaz parfait , la pression varie linéairement avec la température et la quantité, et inversement avec le volume .
pV = nRT
où:
- p est la pression absolue du gaz
- n est la quantité de substance
- T est la température absolue
- V est le volume
- R est la constante de gaz parfaite ou universelle, égale au produit de la constante de Boltzmann et de la constante d’Avogadro,
Dans cette équation, le symbole R est une constante appelée constante de gaz universelle qui a la même valeur pour tous les gaz, à savoir R = 8,31 J / mol K.
Le processus isotherme peut s’exprimer avec la loi du gaz parfait comme:
pV = constant
ou
p 1 V 1 = p 2 V 2
Sur un diagramme pV, le processus se produit le long d’ une ligne (appelée isotherme) qui a l’équation p = constante / V .
Exemple de processus isotherme
Supposons une expansion isotherme de l’hélium (i → f) dans un piston sans friction (système fermé). La détente du gaz est propulsée par absorption d’énergie thermique Q add . Le gaz se détend à partir d’un volume initial de 0,001 m3 et simultanément la charge externe du piston diminue lentement et en continu de 1 MPa à 0,5 MPa. L’hélium se comportant presque comme un gaz parfait, utilisez la loi du gaz parfait pour calculer le volume final de la chambre, puis calculez le travail effectué par le système, lorsque la température du gaz est égale à 400 K.
Solution:
Le volume final du gaz, V f , peut être calculé en utilisant la relation p, V, T pour le processus isotherme:
p i V i = p f V f ⇒ V f = p i V i / p f = 2 x 0,001 m 3 = 0,002 m 3
Pour calculer de tels processus, nous aurions besoin de savoir comment la pression varie avec le volume pour le processus réel par lequel le système passe de l’état i à l’état f . Étant donné que pendant ce processus, la pression interne n’était pas constante, le travail p∆V effectué par le piston doit être calculé en utilisant l’intégrale suivante:
Par convention, une valeur positive pour le travail indique que le travail est effectué par le système sur son environnement. Une valeur négative indique que le travail est effectué sur le système par son environnement. Le travail pΔV est égal à l’aire sous la courbe de processus tracée sur le diagramme pression-volume.
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