Изотермический процесс (ЕГЭ-ОГЭ)

Изотерми́ческий проце́сс — термодинамический изопроцесс, происходящий в физической системе при постоянной температуре. Процесс можно считать изотермическим, если он протекает медленно. Например, подъём воздушного пузырька со дна пруда к поверхности.

В идеальном газе при изотермическом процессе для неизменной массы газа произведение давления на объём постоянно (закон Бойля-Мариотта):

${\displaystyle p\cdot V=const.}$

откуда при изменении объёма или давления, имеем:

${\displaystyle p_{1}\cdot V_{1}=p_{2}\cdot V_{2}}$

где: ${\displaystyle p_{1}}$ и ${\displaystyle p_{2}}$ — давление газа в начале и конце процесса; ${\displaystyle V_{1}}$ и ${\displaystyle V_{2}}$ — объём газа в начале и конце процесса,

т. е. давление и объём обратно пропорциональны друг другу, так что при изотермическом сжатии давление газа возрастает, а при расширении – снижается.

Изотермы идеального газа в координатах ${\displaystyle p,V}$ — гиперболы, расположенные на графике тем выше, чем выше температура, при которой происходит процесс (см. рис.).

Работа, совершённая идеальным газом в изотермическом процессе, равна

${\displaystyle A=N\cdot k\cdot T\cdot \ln {\frac {V_{2}}{V_{1}}}}$,

где ${\displaystyle N}$ — число частиц газа, ${\displaystyle T}$ — температура, ${\displaystyle V_{1}}$ и ${\displaystyle V_{2}}$ — объём газа в начале и конце процесса, ${\displaystyle k}$ — постоянная Больцмана .

Первый закон термодинамики для изотермического процесса записывается в виде:

${\displaystyle Q=A,}$

где учитывается, что внутренняя энергия системы в изотермическом процессе не изменяется. Таким образом, в изотермическом процессе вся теплота, полученная системой, расходуется на совершение системой работы над внешними телами.

1. Более подробные сведения об изопроцессах выходят за рамки школьного курса физики.