基本介紹
- 中文名：定溫過程
- 外文名：isothermal process
- 又稱：等溫過程
- 基本屬性：系統溫度不變
- 擴展屬性：系統內能不變
- 學科：熱力學
定義,相關規律,波義耳定律,卡諾循環,熱力學勢,定溫過程與恆溫過程辨析,例證,
定義
關於定溫過程的定義，存在著不同的說法。主要有以下3 種：
說法1、系統的始態溫度T1等於終態溫度T2等於環境的恆定溫度T環( 恆定) 的過程為定溫過程，即：
T1 = T2 = T環(恆定) 或T1 = T2 = T環= 定值
上式中的“定值”不宜寫為“常數”，因為T 不是量綱指數為0 的純數。
說法2、系統與環境的溫度相等並恆定不變的過程為定溫過程，定義式為：
T = T環= 定值
上式中的T 是所謂“過程中系統的溫度”。
說法3、其他說法。該說法是通過種種努力將說法1 與說法2“統一”起來的說法，統稱為其他說法。由於說法1 與說法2 有差別，所以這些努力為定溫過程定義這個概念平添了一些混亂。
比較說法1與說法2知，這兩種說法都認為定溫過程是環境溫度恆定的過程，這是它們的共同點。由於過程中系統的溫度T 恆定，自然滿足T1 = T2，故說法1 包括了說法2。但是，滿足T1 = T2可能有兩種情況：一是過程中系統的溫度不恆定；一是恆定。即說法2 是說法1 的兩種可能情況之一，這是它們的差別。由於這個差別，它們描述的過程不完全相同。
相關規律
溫度是熱力狀態學函式，狀態函式的變化值只取決於系統的始態和終態，與中間變化過程無關。
波義耳定律
是由英國化學家波義耳（Boyle），在1662年根據實驗結果提出：“在密閉容器中的定量氣體，在恆溫下，氣體的壓強和體積成反比關係。”稱之為玻意耳定律。這是人類歷史上第一個被發現的“定律”。
卡諾循環
卡諾循環包括四個步驟：
等溫吸熱，在這個過程中系統從高溫熱源中吸收熱量；
絕熱膨脹，在這個過程中系統對環境作功，溫度降低；
等溫放熱，在這個過程中系統向環境中放出熱量，體積壓縮；
絕熱壓縮，系統恢復原來狀態，在等溫壓縮和絕熱壓縮過程中系統對環境作負功。
卡諾循環可以想像為是工作於兩個恆溫熱源之間的準靜態過程，其高溫熱源的溫度為T1，低溫熱源的溫度為T2。這一概念是1824年N.L.S.卡諾在對熱機的最大可能效率問題作理論研究時提出的。卡諾假設工作物質只與兩個恆溫熱源交換熱量，沒有散熱、漏氣、摩擦等損耗。為使過程是準靜態過程，工作物質從高溫熱源吸熱應是無溫度差的等溫膨脹過程，同樣，向低溫熱源放熱應是定溫壓縮過程。因限制只與兩熱源交換熱量，脫離熱源後只能是絕熱過程。作卡諾循環的熱機叫做卡諾熱機。
熱力學勢
內能U 有時也用E表示；亥姆霍茲自由能A = U − TS 也常用F表示；焓H = U + PV；吉布斯自由能G = U + PV − TS（其中，T =溫度， S =熵， P =壓強， V =體積）
dU = TdS - PdV；dF =-SdT - PdV；dH = TdS + VdP；dG = -SdT + VdP
通過對以上微分表達式求偏導（偏導數），可以得到T，S，P，V四個變數的偏導數間的“麥氏關係”。
定溫過程與恆溫過程辨析
定溫過程與恆溫過程常易混淆，一般地它們有如下辨析。
定溫過程：系統始末態溫度相等，且等於環境的溫度，在整個過程中環境的溫度不變。
恆溫過程：系統在整個過程中溫度不變，且一直等於環境的溫度。
定溫膨脹的物理意義為當內外的壓力只差無限小，系統內的氣體緩慢做功，且無摩擦等消耗，即系統和環境能完全恢復原狀，這說明變化過程每一瞬間，系統內部都能通過外部的恆溫熱源進行熱交換，來維持系統的溫度時刻與環境的溫度相等，這就是所謂的可逆過程。但是，這種可逆過程只是一種理想的過程，實際上是辦不到的。因為一個過程必定引起狀態的變化，而狀態的改變一定破壞平衡，也就是不能使系統的溫度時刻與環境的溫度相等，即存在溫度的波動性。即使定溫過程不是恆溫過程，但當一個過程進行得非常非常慢，這樣就有足夠的時間使氣體的壓力由微小的不均勻變為均勻，同時使系統能瞬間與外部恆溫熱源進行熱交換而保持溫度不變時，此時，定溫過程與恆溫過程相同，或者說恆溫過程就是定溫可逆過程。注意定溫過程和絕熱過程的區別，即定溫過程是過程中溫度保持不變，可能有吸熱或放熱，絕熱過程是過程中沒有吸放熱，但溫度可能變化，所以系統溫度的改變並不標誌系統有無熱的得失，有熱量得失的過程可以是恆溫過程，也可以是非恆溫過程。
故定溫過程的準確定義應該為：定溫過程是指環境溫度恆定不變，系統的始態和終態溫度相同並等於環境溫度的過程，而且變化過程中系統溫度可以有波動，溫度波動的大小對於系統過程要視具體問題而言。對於研究不是狀態函式的物理量的時候，應考慮過程溫度的變化；對於研究狀態函式的時候，可以不考慮過程溫度的變化，即溫度的波動影響可以忽略不計，而只需要保持系統的始態和終態溫度相同並等於環境溫度。
