**תהליך איזותרמי** הוא תהליך תרמודינמי בו הטמפרטורה נשארת קבועה. בתהליך איזותרמי חום המועבר למערכת מבצע עבודה בלבד. 

מערכת צירים המציגה קווים העונים לתיאור y=const/xאיזותרמות של מערכת גז אידיאלי
בדיאגרמת {\displaystyle PV} מסלול של תהליך איזותרמי נקרא **איזותרמה**. האיזותרמה של גז אידיאלי היא חלק מעקומה הנקראת היפרבולה.

מאפיינים
--------

תהליך איזותרמי מתאפיין בטמפרטורה קבועה {\displaystyle \Delta T=0} (עבור חישובים דיפרנציאלים {\displaystyle dT=0}). נהוג לציין שתהליכים כאלו מתרחשים במגע עם מאגר/אמבט חום ומתרחשים מספיק לאט (באופן קווזי-סטטי) כך שהמערכת שומרת על הטמפרטורה על ידי החלפת חום עם המאגר.

### עבודה

השטח מתחת לגרף הוא העבודה בתהליך איזותרמיהשטח מתחת לגרף הוא העבודה בתהליך איזותרמי
בדיאגרמת {\displaystyle PV} השטח מתחת לאיזותרמה יהיה העבודה שביצעה המערכת על הסביבה. עבור גז אידיאלי: {\displaystyle PV=NK\_{B}T\Rightarrow P={\frac {NK\_{B}T}{V}}}. 

דיפרנציאל העבודה הוא: {\displaystyle dW={\vec {F}}\cdot d{\vec {x}}=Fdx=(PA)dx=P(Adx)=-PdV}

ולכן ניתן לחשב: {\displaystyle \Delta W=-\int \_{V\_{1}}^{V\_{2}}PdV=\int \_{V\_{2}}^{V\_{1}}{\frac {NK\_{B}T}{V}}dV=NK\_{B}T\ln({\frac {V\_{1}}{V\_{2}}})}

### אנרגיה פנימית

האנרגיה הפנימית היא פונקציית מצב שעבור גז אידיאלי תלויה ליניארית רק בטמפרטורה ומספר החלקיקים במערכת. עבור גז אידיאלי בתהליך איזותרמי עם מספר חלקיקים קבוע (מערכת סגורה): 

{\displaystyle \Delta U={\frac {1}{1-\gamma }}NK\_{B}\Delta T\Rightarrow \Delta U=0}

כאשר {\displaystyle U} האנרגיה הפנימית, {\displaystyle \gamma } קבוע דרגות החופש של הגז, {\displaystyle N} מספר חלקיקים, {\displaystyle T} טמפרטורה ו-{\displaystyle K\_{B}} קבוע בולצמן.

החוק הראשון של התרמודינמיקה ישמש כדי לחשב את החום המועבר: {\displaystyle \Delta U=W+Q=0\Rightarrow W=-Q}.

### אנטרופיה

עבור גז אידיאלי בתהליך איזותרמי ניתן לחשב את השינוי באנטרופיה של המערכת:

{\displaystyle \Delta S=NK\_{B}\ln({\frac {V\_{2}}{V\_{1}}})=NK\_{B}\ln({\frac {P\_{1}}{P\_{2}}})}

אנרגיה חופשית של הלמהולץ
------------------------

עבור תהליכים איזותרמיים החום מוקדש במלואו לביצוע עבודה ולא משנה את האנרגיה הפנימית של המערכת. כלומר, ייתכנו שני מצבים שונים בעלי אותה אנרגיה פנימית. לכן נוח להגדיר פונקציית מצב חדשה שעבורה נקבל מינימום בשיווי משקל תרמודינמי. הפונקציה הזאת נקראת האנרגיה החופשית של הלמהולץ.

{\displaystyle F=U-TS\Rightarrow dF=dU-TdS-SdT=TdS-TdS-SdT-PdV=-SdT-PdV}

ואכן אם התהליך הוא איזותרמי ({\displaystyle \Delta T=0}) נקבל כפי שרצינו: {\displaystyle \Delta F=P\Delta V=W=-Q}.

אטימולוגיה
----------

השם "איזותרמי" נגזר מהמילים היווניות ἴσος *(*איזוס*) שמשמעותן "שווה", ו- θέρμη (*תרמה*) שפירושו "חום".*

ראו גם
------

* תהליך תרמודינמי
* טמפרטורה
* תהליך איזוברי
* תהליך איזוכורי

קישורים חיצוניים
----------------

ויקישיתוף מדיה וקבצים בנושא **תהליך איזותרמי** בוויקישיתוף

הערות שוליים
------------

1. ↑  ישנה מוסכמה בתרמודינמיקה שעבודה שהמערכת מבצעת על הסביבה היא חיוביות.
2. ↑  החישובים בערך זה נעשים בהנחה כי מדובר במערכת סגורה שבה מספר החלקיקים קבוע ({\displaystyle \Delta N=0}).

| תרמודינמיקה |
| --- |
| חוקי יסוד | חוקי שימור (החומר, האנרגיה) • חוקי התרמודינמיקה: אפס, ראשון, שני (ראו גם: תנועה נצחית, השד של מקסוול), שלישי |
| קבועים | קבוע הגזים • קבוע בולצמן • קבוע אבוגדרו • קבוע פלאנק |
| משתנים | אינטנסיבים (טמפרטורה, לחץ, פוטנציאל כימי) • אקסטנסיבים (אנטרופיה, נפח, מספר חלקיקים) • משוואת מצב |
| יחידות מידה | טמפרטורה (צלזיוס, קלווין, יח' אחרות) • נפח (ליטר, מטר מעוקב) • לחץ (בר, אטמוספירה, פסקל) • מספר חלקיקים (מול) • אנרגיה (ג'אול, קלוריה) |
| אפיון | הפיכות • שינוי האנתלפיה (תהליך אקסותרמי, תהליך אנדותרמי) • שינוי באנרגיה (תהליך ספונטני, תהליך מאולץ) • תהליך (איזוברי, איזותרמי, איזוכורי, אדיאבטי, איזנטרופי, איזואנתלפי) |
| פוטנציאלים תרמודינמיים | אנרגיה פנימית • אנתלפיה • האנרגיה החופשית של הלמהולץ • האנרגיה החופשית של גיבס |
| מצבי צבירה ומעברי פאזות | מצבי צבירה (מוצק, נוזל, גז) • מעברי פאזות (התכה, התאדות, המראה, התעבות, הקפאה) • נקודת התכה • נקודת רתיחה • נקודה משולשת • נקודה קריטית • דיאגרמת פאזות • משוואת קלאוזיוס-קלפרון • חוק הפאזות של גיבס |
| גזים | גז אידיאלי • גז ואן דר ואלס • התאוריה הקינטית של הגזים • לחץ חלקי • חוק ראול • מודל דלטון • חוק בויל-מריוט • חוק גה-ליסאק • חוק שארל• משוואת הגז האידיאלי |
| חום וטמפרטורה | האפס המוחלט • יח' מידה לטמפרטורה • שיווי משקל תרמודינמי • קיבול חום • יחס קיבולי החום • חום כמוס • חוק הס • קלורימטר • אפקט ג'ול-תומסון • הסעת חום • מוליכות חום • מעבר חום • קרינה תרמית • קשר מאייר • האינדקס האדיאבטי |
| מעגלי עבודה | מעגלים תרמודינמיים (קרנו, סטרלינג, ברייטון, אריקסון, רנקין, סטירלינג, דיזל, לנואר, אוטו, היגרוסקופי, סקודירי, סטודרד) • נצילות |
| יישומים | מכונות חום • מנועים • משאבות • משאבת חום • מחליף חום • מיזוג אוויר • מקרר • קירור תרמואלקטרי • תחנות כוח |
| מונחים נוספים | תאוריית הקלוריק • תנועה בראונית • פונקציית מצב • תרמודינמיקה סטטיסטית • קשרי מקסוול • תרמוכימיה |
| דמויות בולטות | דניאל ברנולי (1700–1782) • בנג'מין תומפסון (1753–1814) • סאדי קרנו (1796–1832) • אמיל קלפרון (1799–1874) • רוברט מאייר (1814–1878) • ג'יימס ג'ול (1818–1889) • ויליאם ג'ון מקורן רנקין (1820–1872) • הרמן פון הלמהולץ (1821–1894) • רודולף קלאוזיוס (1822–1888) • ויליאם תומסון (1824–1907) • ג'יימס קלרק מקסוול (1831–1879) • יוהנס דידריק ואן דר ואלס (1837–1923) • ג'וסיה וילארד גיבס (1839–1903) • לודוויג בולצמן (1844–1906) • מקס פלאנק (1858–1947) • פייר דוהם (1861–1916) • קונסטנטין קרתיאודורי (1873–1950) • לארס אונסגר (1903–1976) |