Линия в термодинамике и сканворды¶
Линия в термодинамике — термин, используемый в кроссвордах и сканвордах для обозначения понятия «изотерма» (8 букв). В физической химии и термодинамике изотермой называется линия (кривая) на диаграмме состояния, соответствующая процессу, протекающему при постоянной температуре.
¶Изотерма как термодинамическая линия
Термодинамические процессы принято изображать графически — на диаграммах «давление — объём» (pV-диаграммы), «энтропия — температура» (T*S-диаграммы) и других. Каждому квазистатическому процессу соответствует линия (кривая) на соответствующей диаграмме. Изотерма — одна из таких линий, описывающих процесс при неизменной температуре.
Для идеального газа уравнение изотермы вытекает из уравнения Менделеева — Клапейрона: при постоянных T и количестве вещества произведение давления на объём остаётся постоянным (pV = const). На pV-диаграмме изотерма идеального газа представляет собой гиперболу. Чем выше температура, тем дальше гипербола удалена от начала координат.
Для реальных газов форма изотермы определяется уравнениями состояния — например, уравнением Ван-дер-Ваальса. При температурах ниже критической изотерма реального газа имеет характерный излом в области конденсации, соответствующий переходу газа в жидкость.
¶Основные термодинамические линии
Помимо изотермы, к основным линиям на pV-диаграмме относятся:
- Иобара — линия процесса при постоянном давлении (на pV-диаграмме — горизонтальная прямая).
- Иохора — линия процесса при постоянном объёме (на pV-диаграмме — вертикальная прямая).
- Адиабата — линия процесса, при котором система не обменивается теплом с окружением (pV^γ = const для идеального газа, где γ — показатель адиабаты).
- Политропа — линия процесса, описываемого уравнением pV^n = const, где n — политропический показатель; изотерма и адиабата являются частными случаями политроп.
Изотермы и адиабаты пересекаются под углом, определяемым показателем адиабаты: для одноатомного идеального газа γ ≈ 1,67, для двухатомного — около 1,4.
¶Изотермы в циклах Карно и других циклах
Изотермы играют ключевую роль в цикле Карно — идеальном тепловом двигателе, состоящем из двух изотерм и двух адиабат. Изотермическое расширение газа при высокой температуре сопровождается поглощением тепла, изотермическое сжатие при низкой температуре — выделением. КПД цикла Карно определяется только температурами нагревателя и холодильника: η = 1 − T₂/T₁.
¶Изотермы в других областях
Понятие изотермы выходит за пределы классической термодинамики. В метеорологии изотермой называют линию (поверхность) равной температуры в атмосфере, а также слой атмосферы, в котором температура практически не меняется с высотой. В химической термодинамике изотермы сорбции (изотермы Фрейндлиха, Лангмюра, БЕТ) описывают зависимость количества адсорбированного вещества от его давления или концентрации при постоянной температуре.
¶Слово в сканвордах
Слово «изотерма» (8 букв) является распространённым ответом в русскоязычных кроссвордах и сканвордах на определения «линия в термодинамике», «кривая постоянной температуры», «линия равной температуры». Буквенный состав: И-З-О-Т-Е-Р-М-А. Слово имеет греческое происхождение: isos — «равный» и thermē — «тепло».
Смежные ответы для сканвордов: изобара (7 букв), изохора (7 букв), адиабата (8 букв), политропа (8 букв).
¶История
Понятие изотермы связано с работами Сади Карно по теории тепловых машин (1824) и развитием термодинамики во второй половине XIX века. Термин «изотерма» закрепился в научной литературе после работ Рудольфа Клаузиуса и Уильяма Томсона (лорда Кельвина), сформулировавших второе начало термодинамики и введших шкалу абсолютных температур.
Источники:
- Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Статистическая физика. Часть 1.
- Сивухин Д. В. Общий курс физики. Том II. Термодинамика и молекулярная физика.
- Большой энциклопедический словарь.
- Кроссворд-словарь: определения и ответы для сканвордов.