Quá trình đẳng nhiệt

Nhiệt động lực học
Động cơ nhiệt Carnot cổ điển
Các nhánh Cổ điển Thống kê Hóa học Nhiệt động lực học lượng tử Cân bằng / Không cân bằng
Nguyên lý Không Một Hai Ba
Hệ thống nhiệt động Hệ vật lý kín Trạng thái Phương trình trạng thái Khí lý tưởng Khí thực Trạng thái vật chất Pha Cân bằng Thể tích kiểm tra Dụng cụ Quá trình Đẳng áp Đẳng tích Đẳng nhiệt Đoạn nhiệt Đoạn nhiệt thuận nghịch Đẳng entanpi Chuẩn tĩnh Đa biến/đẳng dung Giãn nở tự do Thuận nghịch Không thuận nghịch Endoreversibility Vòng tuần hoàn Động cơ nhiệt Bơm nhiệt Hiệu suất nhiệt
Thuộc tính hệ Note: Biến số liên hợp in italics Property diagrams Intensive and extensive properties Functions of state Nhiệt độ / Entropy (giới thiệu) Áp suất / Thể tích Chemical potential / Số hạt Vapor quality Reduced properties Process functions Công Nhiệt
Tính năng vật liệu Property databases Nhiệt dung riêng  ${\displaystyle c=}$ ${\displaystyle T}$ ${\displaystyle \partial S}$ ${\displaystyle N}$ ${\displaystyle \partial T}$ Độ nén  ${\displaystyle \beta =-}$ ${\displaystyle 1}$ ${\displaystyle \partial V}$ ${\displaystyle V}$ ${\displaystyle \partial p}$ Độ giãn nở nhiệt  ${\displaystyle \alpha =}$ ${\displaystyle 1}$ ${\displaystyle \partial V}$ ${\displaystyle V}$ ${\displaystyle \partial T}$
Phương trình Định lý Carnot Định lý Clausius Fundamental relation Phương trình trạng thái khí lý tưởng Quan hệ Maxwell Onsager reciprocal relations Phương trình Bridgman Table of thermodynamic equations
Thế nhiệt động Năng lượng tự do Entropy tự do Nội năng ${\displaystyle U(S,V)}$ Entanpi ${\displaystyle H(S,p)=U+pV}$ Năng lượng tự do Helmholtz ${\displaystyle A(T,V)=U-TS}$ Năng lượng tự do Gibbs ${\displaystyle G(T,p)=H-TS}$
Lịch sử Văn hóa Lịch sử Khái quát Nhiệt Entropy Gas laws Máy móc "chuyển động vĩnh viễn" Triết học Entropy và thời gian Entropy và cuộc sống Brownian ratchet Con quỷ Maxwell Nghịch lý cái chết nhiệt Nghịch lý Loschmidt Synergetics Lý thuyết Lý thuyết calo Lý thuyết nhiệt Vis viva ("lực sống") Mechanical equivalent of heat Motive power Key publications "An Experimental Enquiry Concerning ... Heat" "On the Equilibrium of Heterogeneous Substances" "Reflections on the Motive Power of Fire" Dòng thời gian Nhiệt động lực học Động cơ nhiệt Nghệ thuật Giáo dục Bề mặt nhiệt động lực học Maxwell Entropy as energy dispersal
Nhà khoa học Bernoulli Boltzmann Carnot Clapeyron Clausius Carathéodory Duhem Gibbs von Helmholtz Joule Maxwell von Mayer Onsager Rankine Smeaton Stahl Thompson Thomson Waterston
Sách
x t s

Quá trình đẳng nhiệt (tiếng Anh:isothermal process) là quá trình biến đổi trạng thái của chất khí trong điều kiện nhiệt độ không thay đổi.

Mối liên hệ giữa thể tích khí và áp suất trong quá trình đẳng nhiệt

Thực hiện thí nghiệm ảo với 1 xylanh được đặt trong 1 môi trường không biến đổi về nhiệt độ, bên trong chứa 1 thể tích khí lý tưởng là: 30 cm³, với áp suất ban đầu: 15 psi (pound lực trên inche vuông). Khi kéo cần xylanh, với mỗi lần nén với độ giảm thể tích khác nhau, cho ra các giá trị áp suất khác nhau.

Các điểm trên đồ thị thể hiện mỗi quan hệ giữa áp suất và thể tích nằm trên 1 đường cong nhìn từa tựa 1 đường hyperbol, điều này cho thấy quan hệ giữa áp suất và thể tích trong quá trình đẳng nhiệt là 1 hàm số có dạng hyperbol.

Lý giải

Với 1 lượng khí lý tưởng, ta có định luật:
${\displaystyle pV=nRT}$ Với n là số mol của chất khí tính toán hay tổng số các hạt phân tử khí tính toán
R là hằng số khí, R=8.31 J/mol.K
T là nhiệt độ của khí theo thang đo Kelvin
p là áp suất chất khí
V là thể tích chất khí
Theo giả thiết của thí nghiệm, ta có nhiệt độ T của hệ không thay đổi, T=hằng số. Như vậy, ta có thể viết lại công thức định luật khí lý tưởng như sau:
${\displaystyle {p={\frac {nRT}{V}}}}$ Vậy với n cố định, R và T là hằng số nên ${\displaystyle {p={\frac {\text{const}}{V}}}}$
Nếu coi đây là 1 hàm thì hàm số p theo V là hàm số có đồ thị dạng hypebol. Người ta gọi đường này là đường đẳng nhiệt.

Mối liên hệ giữa thể tích khí và công sinh ra

${\displaystyle \mathrm {d} A=-p\mathrm {d} V}$

${\displaystyle \Rightarrow A=-\int _{V1}^{V2}p\,\mathrm {d} V=-\int _{V1}^{V2}{\frac {nRT}{V}}\mathrm {d} V}$
${\displaystyle A=-nRT\ln {\frac {V2}{V1}}}$
Và đây là mối liên hệ giữa thể tích khí và công sinh ra.
Vì nội năng của khí phụ thuộc vào nhiệt độ mà nhiệt độ không đổi trong quá trình đẳng nhiệt nên nhiệt nhận vào sẽ bằng công sinh ra.

${\displaystyle Q=-A}$

Ứng dụng

Quá trình đẳng nhiệt xảy ra trong rất nhiều hệ, đa phần là các loại động cơ nhiệt... Trên thực tế, khi nén khí như vậy, quá trình sẽ bao gồm sự biến đổi của cả ba đại lượng xác định chất khí là nhiệt độ, áp suất và thể tích, điển hình là khi nén khí, nhiệt độ sẽ tăng theo độ nén khí (công sinh ra chuyển thành nhiệt do một phần nội năng biến đổi).

Tham khảo