Antwort 1:

Quasistatisch bedeutet sehr langsam - langsam genug, dass die vielen Arten von entropieerzeugenden Prozessen, die von der Änderungsrate von etwas (denken Sie an Reibung durch dickes Öl) im System oder in der Umgebung abhängen, vernachlässigbar gemacht werden. Beispielsweise erwärmen sich viele Systeme, wenn Sie sie komprimieren. Wenn dies einen großen Temperaturunterschied zwischen dem System und der Umgebung erzeugt, wird eine Nettounterropie erzeugt, da Wärme, die das System bei einer hohen Temperatur verlässt, weniger Entropie mit sich bringt, als die gleiche Wärme eine Entropie hinzufügt, wenn sie bei einer niedrigen Temperatur in die Umgebung eintritt nach dS = δQ / T. Wenn Sie die Komprimierung jedoch sehr langsam durchführen, damit die Wärme mit einem sehr geringen Temperaturunterschied entweichen kann, ist auch der Entropiezuwachs gering.

Daher ist dies fast immer eine notwendige Bedingung dafür, dass die Gesamtentropie nicht zunimmt, aber häufig nicht ausreicht. Wenn es im System oder in der Umgebung etwas gibt, das mit trockener Reibung vergleichbar ist, wird die mechanische Energie in Wärmeenergie umgewandelt, was Entropie erzeugt, und es wird dasselbe tun, egal wie langsam sich die Dinge bewegen

1. Prozess mit konstantem Druck (isobarer Prozess): p = konstant

W1-2 = V1 - V2 p dV = p (V2 - V1)

2. Konstanter Volumenprozess (isochorischer Prozess): V = konstant

W1-2 = V1 - V2 p dV = 0

3. Isothermer Prozess: pV = konstant = C

Daher ist p = C / V

W1-2 = V1 · V2 pdV = V1 · V2 (C / V) dV = p1V1 log (V2 / V1) [Da C = p1V1]

4. Polytropischer Prozess: pVn = Konstante = C wobei 'n' eine Konstante ist, die für ein bestimmtes Problem gegeben wäre

Daher ist p = C / Vn, wobei pVn = C = p1V1n = p2V2n

W1-2 = V1 · V2 pdV = V1 · V2 (C / Vn) dV = (p1V1-p2V2) / (n-1) = (p1V1 / n-1) * [1- (p2 / p1) n- 1]

Für ein ideales Gas ist pV = mRT,

W1-2 = mR (T2-T1) / n-1

Ein isothermer Prozess ist ein Wechsel eines Systems, bei dem die Temperatur konstant bleibt: ΔT = 0. Dies tritt typischerweise auf, wenn ein System mit einem äußeren thermischen Reservoir (Wärmebad) in Kontakt steht und die Änderung des Systems langsam genug erfolgt, damit sich das System durch Wärmeaustausch weiterhin an die Temperatur des Reservoirs anpassen kann. Im Gegensatz dazu ist ein adiabatischer Prozess, bei dem ein System keine Wärme mit seiner Umgebung austauscht (Q = 0). Mit anderen Worten, in einem isothermen Prozess ist der Wert ΔT = 0 und daher die Änderung der inneren Energie ΔU = 0 (nur für ein ideales Gas), aber Q ≤ 0, während in einem adiabatischen Prozess ΔT ≤ 0, aber Q = 0 ist.

Einfach gesagt, bei isothermen Prozessen

während in adiabatischen Prozessen

Beispiele [Bearbeiten]

Isotherme Prozesse können in jeder Art von System auftreten, in dem die Temperatur reguliert werden kann, einschließlich hochstrukturierter Maschinen und sogar lebender Zellen. Einige Teile der Zyklen einiger Wärmekraftmaschinen werden isotherm ausgeführt (zum Beispiel im Carnot-Zyklus).

[1]

Bei der thermodynamischen Analyse chemischer Reaktionen ist es üblich, zunächst zu analysieren, was unter isothermen Bedingungen geschieht, und dann den Einfluss der Temperatur zu berücksichtigen.

[2]

Phasenänderungen wie Schmelzen oder Verdampfen sind ebenfalls isotherme Vorgänge, wenn sie üblicherweise bei konstantem Druck ablaufen.

[3]

Isotherme Prozesse werden häufig verwendet und sind Ausgangspunkt für die Analyse komplexerer, nichtisothermer Prozesse.

Isotherme Prozesse sind für ideale Gase von besonderem Interesse. Dies ist eine Konsequenz von Joules zweitem Gesetz, das besagt, dass die innere Energie einer festen Menge eines idealen Gases nur von seiner Temperatur abhängt.

[4]

Somit ist in einem isothermen Prozess die innere Energie eines idealen Gases konstant. Dies ist darauf zurückzuführen, dass in einem idealen Gas keine intermolekularen Kräfte vorhanden sind.

[4]

Beachten Sie, dass dies nur für ideale Gase gilt. Die innere Energie hängt sowohl vom Druck als auch von der Temperatur von Flüssigkeiten, Feststoffen und realen Gasen ab.

[5]

Bei der isothermen Kompression eines Gases wird an dem System gearbeitet, um das Volumen zu verringern und den Druck zu erhöhen.

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Arbeiten am Gas erhöhen die innere Energie und erhöhen tendenziell die Temperatur. Um die konstante Temperatur aufrechtzuerhalten, muss Energie das System als Wärme verlassen und in die Umgebung gelangen. Wenn das Gas ideal ist, entspricht die Menge an Energie, die in die Umgebung gelangt, der am Gas verrichteten Arbeit, da sich die innere Energie nicht ändert. Bei der isothermen Expansion wirkt sich die dem System zugeführte Energie auf die Umgebung aus. In jedem Fall kann mit Hilfe eines geeigneten Gestänges die Änderung des Gasvolumens nützliche mechanische Arbeit leisten. Einzelheiten zu den Berechnungen finden Sie unter Arbeitsberechnung.

Für einen adiabatischen Prozess, bei dem keine Wärme in das Gas hinein oder aus dem Gas heraus fließt, weil sein Behälter gut isoliert ist, ist Q = 0. Wenn auch keine Arbeit geleistet wird, d. H. Eine freie Expansion, ändert sich die innere Energie nicht. Für ein ideales Gas bedeutet dies, dass der Prozess auch isotherm ist.

[4]

Die Angabe, dass ein Prozess isotherm ist, reicht daher nicht aus, um einen eindeutigen Prozess anzugeben.