Изотермический процесс.

Прежде всего, необходимо, во избежание путаницы, подчеркнуть, что неизменность температуры вовсе не означает отсутствия теплообмена между системой и средой. Система может получать тепло от среды, но обращать его не на повышение температуры. Как хорошо известно, внутренняя энергия тела может возрастать при неизменной температуре (вспомните плавление льда). Кроме того, имеется еще одна возможность (более важная, чем

первая) для газовых процессов: получая тепло от внешней среды, система может отдавать его во внешнюю среду обратно, но в виде механической работы.

В случае реальных газов оба способа расходования тепла при изотермическом процессе вполне возможны: получая тепло, газ расширяется без нагрева и, во-первых, отдает работу внешней среде, а во-вторых, использует тепло на изменение потенциальной энергии взаимодействия молекул.

В случае идеальных газов, у которых внутренняя энергия зависит только от температуры и, следовательно, в изотермическом процессу меняться не может, первое начало приобретает особенно простой вид Так как то Следовательно, либо система расширяется, получая тепло от внешней среды и отдавая среде работу, либо, наоборот, система сжимается, отдавая внешней среде тепло, а получая от внешних тел энергию в виде механической работы. Идеальный газ является в изотермическом процессе преобразователем энергии: получая ее от среды в одной форме, он возвращает ее среде полностью, но в другой форме.

Нетрудно в случае идеального газа перейти от дифференциальной формы к интегральной. Работа (или тепло, это безразлично, так как они равны) изотермического расширения от объема их до объема равна

подставляя значение давления из уравнения газового состояния и вынося температуру как постоянную величину за знак интеграла, получим:

Обратим внимание на то, что изотермические расширения в одинаковое число раз, но при разных температурах требуют различной работы, тем большей, чем выше температура. Например, увеличение вдвое объема одного моля какого-либо идеального газа при температуре 300 К (комнатной) требует работы а при температуре 3000 К — в десять раз больше, т. е.

Практическое осуществление изотермического процесса может быть затруднительным. Во всяком случае для того, чтобы процесс был хотя бы приближенно изотермическим, необходимо стенки сосуда, через которые вещество общается со средой, сделать идеально теплопроводящими и вести процесс очень медленно, чтобы тепло (или работа) успевало возвращаться среде в виде работы (или тепла), не задерживаясь в системе.