등온 팽창

ISO는 일정하고 온도를 나타냅니다. 등온 과정은 온도가 일정하는 과정입니다. 시스템의 부피가 증가하거나 압력이 감소 할 때 확장이 발생합니다. 등온 팽창은 온도가 일정 인 팽창 과정입니다. 이 공정은 열 평형을 유지합니다.

등온 팽창이란 무엇입니까?

등온 팽창은 시스템 온도가 변하지 않는 열역학적 공정입니다.

여기서 열역학 시스템 및 절차를 먼저 이해하는 것이 중요합니다.

열역학

열역학은 시스템과 환경 사이의 열 에너지 전달, 그 열 에너지를 기계 에너지로 전환하고 그 반대의 경우도 있습니다.

열역학적 시스템

열역학적 시스템은 특정 압력 (p), 부피 (v) 및 온도 (t)를 갖는 특정 영역 내에 둘러싸인 다수의 분자 또는 원자를 수집한다.

'주변'은 열이나 질량이 교환되는이 시스템 외부의 모든 것을 말합니다.

열역학적 시스템은 시스템과 주변 환경 간의 상호 연결을 기반으로 세 그룹으로 분류됩니다.

개방형 시스템 :열과 질량이 모두 시스템의 환경 및 주변 환경과 교환되는 경우
폐쇄 시스템 :질량 교환이 없지만 열을 교환 할 수있는 경우.
고립 된 시스템 :시스템의 환경 및 주변 환경과 열과 대량 교환이없는 경우

상태 방정식 (이상적인 가스의 경우)

상태 방정식은 열역학 시스템의 p, v, t 사이의 관계입니다. PV =NRT는 N 몰을 갖는 이상적인 가스의 상태 방정식입니다.

매개 변수 p, v 및 t는 열역학적 변수라고도합니다.

가스가 수행 한 작업

가스의 부피 (v), 압력 (p) 및 피스톤 영역 (a)을 고려할 때, f =pa는 가스에 의해 피스톤에 가해진 힘입니다.

피스톤이 가스 팽창 중에 적당한 거리 DX를 이동하도록합니다.

DW =FDX =PADX는 작은 변위 DX에 대한 작업입니다.

DX =DV이므로 가스 부피의 증가는 DV입니다.

⇒ dw =p dv

또는 w ==dw =∫ pdv

과정에서 수행 된 작업은 P-V 곡선에 포함 된 영역으로 표시됩니다.

등온 확장 개요

이러한 유형의 확장 동안 시스템의 온도는 변경되지 않은 상태로 유지됩니다. 시스템과 환경 사이에 열 교환이 있습니다. 적절한 열 교환을 허용하고 온도를 일정하게 유지하려면 시스템을 천천히 압축하거나 확장해야합니다.

등온 과정에서 P-V 곡선의 기울기 :

pv =constant =c

⇒ dp / dv =- p / v

등온 과정에서 수행 된 작업 :

이 과정에서 가스는 Boyle의 법칙을 따릅니다. 가스가 수행하는 작업은

입니다.

W =NRT ln vf / vi

[vf> vi (확장이 이루어지면) w는 양수입니다]

[vf

이것은 또한 가스 부피가 VI에서 VF로 변경 될 때 전달 된 열량입니다. 이러한 공정에서 시스템의 어금니 열 용량은 온도 변화가 0이기 때문에 무한합니다.

c _등온성 =△ q / n △ t =인피니티.

이상적인 가스에 대한 등온 팽창 방정식

앞에서 논의한 바와 같이, 이상적인 가스는 방정식 pv =nrt를 따릅니다. 이제 등온 팽창 공정의 경우 시스템의 온도가 일정합니다. 폐쇄 시스템을 가정하면 두더지의 수는 일정합니다.

따라서 등온 팽창의 방정식은

로 쓸 수 있습니다.

pv =c

여기서 C는 상수입니다.

위의 방정식은 또한

로도 쓸 수도 있습니다

t =상수

t =0

등온 팽창 아래 시스템을 가정하십시오. 초기 상태가 1으로 표시되고 최종 상태는 2로 표시됩니다.

이 시스템의 방정식은

로 작성 될 수 있습니다

p1v1 =p2v2 =constant

등온 팽창 예

대형 저수지에서 장치를 가라 앉히고 천천히 작동하면 등온 과정이 발생할 수 있습니다. 따라서 시스템 온도는 저수지의 온도와 동일하게 유지됩니다. 필요한 경우 저수지와 시스템은 열을 교환 할 수 있습니다.

가스가 금속 실린더 (우수한 열 전도체)에 배치되고 피스톤이 천천히 움직일 때 가스의 온도는 변하지 않습니다. 주변 공기와 동일한 온도를 유지합니다. 열이 금속 벽을 통해 가스에서 공기로 전달되면 온도가 상승합니다. 열이 주변 공기에서 금속 벽을 통해 가스로 전달되는 경우 온도가 떨어집니다. 주변 공기는 여기에서 큰 저수지로 기능합니다.

결론

등온 팽창은 시스템의 온도가 일정 할 때 부피를 증가 시키거나 압력을 감소시키는 열역학적 공정입니다. 공정은 열 평형 상태를 유지합니다. 등온 확장에서 수행 된 작업은 시스템이하는 것처럼 긍정적입니다.