فرآیند همدما

فرآیند هم دما، فر‌آیند ترمودینامیکی است كه در تمام طول فرآیند، دمای سیستم ثابت باشد.

برای اینكه دما در طول فرآیند ثابت باشد، باید سیستم، با یك چشمه گرمایی در تماس باشد. پیستون در این فرآیند آزادانه حركت می‌كند و تبادل گرما و كار میان سیستم و محیط وجود دارد.

چون دمای گاز در طول فرآیند ثابت است، در نتیجه انرژی درونی آنهاثابت است.

در فرآیند هم دما دو حالت زیر ممكن است رخ دهد:

(1) اگر سیستم از محیط گرما بگیرد، منبسط می‌شود:

یعنی حجم آن زیاد و فشار آن كم می‌شود. و سیستم به اندازه گرمایی كه گرفته، روی محیط كار انجام می‌دهد.

(2) اگر سیستم به محیط گرما بدهد، منقبض می‌شود:

یعنی حجم آن كم و فشار آن زیاد می‌شود. و سیستم به اندازه گرمایی كه به محیط می‌دهد، از آن كار می‌گیرد.

فرآیند همدما می‌تواند به صورت تراكم همدما و یا به صورت انبساط همدما صورت گیرد.

در فرآیند تراكم همدما، حجم سیستم كاهش می‌یابد. در نتیجه مقداری كار به سیستم داده می‌شود. در نتیجه تراكم، دمای گاز به مقدار بسیار كمی بالا می‌رود.

این اختلاف دمای سیستم با منبع، باعث می‌شود گاز مقداری گرما به چشمه ی گرم بدهد.

همواره در فرآیند همدمای گاز كامل، تغییر انرژی درونی سیستم صفر است.

با توجه به معادله حالت گاز كامل PV=nRT اگر دما ثابت باشد در این حالت در فرآیند همدما، تغییرات فشار بر حسب حجم به صورتهموگرافیك است.

در شكل زیر نمودار هموگرافیك مربوط به سه دمای مختلف رسم شده است...

می توان نشان داد كه هر چه دما بالاتر باشد، نمودار هموگرافیك بالاتر قرار می‌گیرد.

در یك حجم ثابت مشاهده می‌شودكه :

P₃ > P₂ > P₁

نکته:

در فرآیند همدما، حاصلضرب فشار در حجم گاز كامل مقدار ثابتی باقی می‌ماند. (در معادله حالت n ، R که ثابت اند دما نیز در این فرآیند ثابت است پس حاصل ضرب این سه در هم نیز ثابت است)

در فرآیند همدما چون تغییر انرژی درونی سیستم صفر است، بنابراین با توجه به قانون اول ترمودینامیك اندازه گرمای مبادله شده با كار مبادله شده با هم برابر است.

PV= ثابت

نکته:

در فرآیند هم دما با وجود ثابت ماندن دما بین محیط و دستگاه گرما مبادله می شود. در انبساط هم دما دستگاه گرما می گیرد و در تراكم هم دما دستگاه گرما از دست می دهد و همواره ΔT = 0 است.

نمودارهای فرآیند همدما:

در انبساط همدما چون حجم سیستم افزایش می‌یابد W<0 است و با توجه به رابطهQ=-W در این حالت Q>0 می‌شود. بنابراین سیستم از محیط گرما می‌گیرد. در فرآیند انبساط همدما چون ثابت (PV) است، با افزایش حجم، فشار كاهش می‌یابد. نمودارهای فرآیند انبساط همدما به صورت زیر هستند.