等温过程

等温过程(英語:isothermal process)是热力学过程的一种,其中系统温度不变:ΔT = 0。在該過程中,系統與周遭環境之間存在緩慢的熱交換,從而使系統保持恆溫狀態(具體過程參見準靜態過程)。相對的,如果系统与外界没有热交换(Q = 0),则称为绝热过程。絕熱過程和等溫過程都是可逆過程[1]

簡而言之,在等溫過程中:

  • 僅適用於理想氣體:

分析

考虑一个理想气体内能只与温度有关,是分子平均动能的函数。如果内能不变,温度也不变。设物质的量n)为常数。

 

根据理想气体状态方程,这意味着:

 

所以

 

其中  是初状态的压强和体积,  是末状态的压强和体积,变量PV分别表示等温过程中任何状态的压强和体积。

 
理想气体的等温线

P-V图中,等温线是双曲线渐近线V轴和P轴。这与以下的方程相对应:

 

根据热力学第一定律,理想气体的等温线也由以下的条件决定:

 

其中W是系统所做的功。这意味着,在等温过程中,所有系统从外界所接受的热量,完全转变为系统对外界所做的功。也就是说,所有进入系统的能量都回到外面了;因此系统的内能和温度不变。

 
黄色的面积等于系统所做的功。

把过程分割为许多微观过程,则在其中一个微观过程中,系统所做的功dW为:

 

所以,从A到B系统所做的总功,就是这个方程的积分

 

根据理想气体状态方程,

 

所以,在等温过程中,有以下的方程:

 

参见

參考文獻

  1. ^ 等溫 (Isothermal) 與 絕熱 (Adiabatic) 過程. [2023-11-30]. (原始内容存档于2017-08-11).