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等溫過程

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等溫過程(英語:isothermal process)是熱力學過程的一種,其中系統溫度不變: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,如果系統與外界沒有熱交換(Q = 0),則稱為絕熱過程。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

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考慮一個理想氣體內能只與溫度有關,是分子平均動能的函數。如果內能不變,溫度也不變。設物質的量n)為常數。

根據理想氣體狀態方程式,這意味著:

所以

其中是初狀態的壓力和體積,是末狀態的壓力和體積,變量PV分別表示等溫過程中任何狀態的壓力和體積。

理想氣體的等溫線

P-V圖中,等溫線是雙曲線漸近線V軸和P軸。這與以下的方程式相對應:

根據熱力學第一定律,理想氣體的等溫線也由以下的條件決定:

其中W是系統所作的功。這意味著,在等溫過程中,所有系統從外界所接受的熱量,完全轉變為系統對外界所作的功。也就是說,所有進入系統的能量都回到外面了;因此系統的內能和溫度不變。

黃色的面積等於系統所作的功。

把過程分割為許多微觀過程,則在其中一個微觀過程中,系統所作的功dW為:

所以,從A到B系統所做的總功,就是這個方程式的積分

根據理想氣體狀態方程式,

所以,在等溫過程中,有以下的方程式:

參見

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參考文獻

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  1. ^ 等溫 (Isothermal) 與 絕熱 (Adiabatic) 過程. [2023-11-30]. (原始內容存檔於2017-08-11).