Глава 4. Химическая термодинамика

Модель 4.3.  Изотермический процесс

Моделируется процесс изотермического сжатия и расширения идеального газа. Опыт можно проводить при различных температурах термостата. Текущие значения параметров газа выводятся на экран. Состояние газа указывается на графике в координатах (P, V).

Изотермический процесс – это процесс квазистатического расширения или сжатия вещества, находящегося в контакте с тепловым резервуаром, T = const.

На плоскости (P, V) изотермические процессы в случае идеального газа при различных значениях температуры T изображаются семейством гипербол (закон Бойля–Мариотта). Для одного моля идеального газа:

PV = const = RT,

где R = 8,31 Дж/(моль∙К) – универсальная газовая постоянная.

Так как внутренняя энергия идеального газа зависит только от температуры (закон Джоуля), то первый закон термодинамики для изотермического процесса записывается в виде:

Q = A.

Тепло Q, полученное газом от теплового резервуара в процессе изотермического расширения, превращается в работу. При изотермическом сжатии работа внешних сил, произведенная над газом, превращается в тепло, которое поглощается тепловым резервуаром.

В модели можно выбирать температуру резервуара и проводить процесс при выбранной температуре. Приводится график зависимости P (V) для изотермического процесса, выводится энергетическая диаграмма, на которой указываются количество теплоты Q, полученной газом, произведенная газом работа A и изменение ΔU его внутренней энергии.

Из энергетической диаграммы видно, что в процессе изотермического расширения или сжатия внутренняя энергия идеального газа не изменяется, и полученное тепло полностью превращается в работу.