תהליך איזותרמי

תהליך איזותרמי הוא תהליך תרמודינמי שבו הטמפרטורה נשארת קבועה.

בטמפרטורה קבועה ΔT = 0 (בדיפרנציאלי dT = 0). תהליך איזותרמי מתקיים במגע עם מאגר חום ומתרחש לאט, כך שהמערכת שומרת על הטמפרטורה על ידי החלפת חום עם המאגר.

בתרשים P, V השטח מתחת לאיזותרמה מייצג את העבודה שבוצעה על ידי המערכת. עבור גז אידיאלי הקשר בין לחץ ונפח הוא P = N K_B T / V, כאשר K_B הוא קבוע בולצמן ו‑N מספר החלקיקים. לכן בעבודה בין נפחים V1 ו‑V2 מתקבל:
ΔW = -∫_{V1}^{V2} P dV = N K_B T ln(V1/V2).

האנרגיה הפנימית של גז אידיאלי תלויה רק בטמפרטורה ובמספר החלקיקים. באיזותרמי עם N קבוע נקבל ΔU = 0. מהחוק הראשון של התרמודינמיקה (ΔU = W + Q) נובע ש‑W = -Q.

שינוי האנטרופיה של גז אידיאלי בתהליך איזותרמי הוא
ΔS = N K_B ln(V2/V1) = N K_B ln(P1/P2).
אנטרופיה היא מדד לסדר או לאי‑סדר במערכת.

מגדירים F = U - T S. זוהי פונקציית מצב שמשמשת להבנת שיווי‑משקל תרמודינמי באיזותרמי, והיא קשורה לשינויים בעבודה ובחום.

השם "איזותרמי" מגיע מיוונית: ἴσος (איזוס) = שווה ו‑θέρμη (תרמה) = חום.

תהליך איזותרמי הוא תהליך שבו הטמפרטורה נשארת קבועה.

התהליך נע לאט. המערכת מחליפה חום עם מאגר חם כדי לשמור על הטמפרטורה.

בתרשים לחץ, נפח, השטח מתחת לעקומה מייצג את העבודה. בגז אידיאלי, כשהנפח גדל, הלחץ קטן.

אנרגיה פנימית היא האנרגיה שבתוך הגז. אם הטמפרטורה קבועה, האנרגיה הפנימית לא משתנה. החום שנכנס הופך לעבודה.

אנטרופיה היא מדד לאי‑סדר. אם הנפח גדל, האנטרופיה בדרך כלל גדלה.

F היא פונקציה שעוזרת למצוא מצבים יציבים. היא שימושית כששומרים על טמפרטורה קבועה.

המילה "איזותרמי" באה מיוונית. "איזוס" פירושו שווה. "תרמה" פירושו חום.