Изотермический процесс (для любого газа) графически изображается изотермой, которая наглядно выражает зависимость между объемом и давлением газа. Модель демонстрирует изменение состояния газа, находящегося в цилиндре с поршнем при изменении объёма газа при постоянной температуре.
Изотермический процесс - это процесс, происходящий при постоянной температуре. Изотермический процесс (для любого газа) графически изображается кривой, которую называют изотермой. Она наглядно выражает зависимость между объемом и давлением этого газа (например, p=p(V)). Можно также изобразить семейство изотерм, каждая кривая которого является изотермой для какой-нибудь одной температуры. Закон Бойля-Мариотта устанавливает зависимость между давлением газа и его объёмом при постоянной температуре (T= const), т. е. при изотермическом процессе расширения или сжатия газа: при неизменной температуре давление данной массы газа обратно пропорционально объему газа (или для данной массы газа при постоянной температуре произведение давления газа на его объем есть величина постоянная): PV=const при T =const, m = const. Рис. Семейство изотерм (1) идеального газа (масса газа фиксирована). Закон Бойля--Мариотта объясняется молекулярно-кинетической теорией. Молекулы идеального газа движутся хаотически, число взаимных столкновений между молекулами газа пренебрежимо мало по сравнению с числом ударов о стенки сосуда, а соударения молекул со стенками сосуда абсолютно упруги. Беспорядочно двигаясь, молекулы газа ударяются о стенки сосуда и создают давление (газа на стенки). Огромное число ударов молекул воспринимается как непрерывно действующее давление газа на стенки сосуда. При уменьшении объема V в k раз число молекул в единице объема газа увеличивается в k раз, а значит в k раз увеличивается и число ударов молекул о стенки в единицу времени. Важно, что температура газа не изменяется, поэтому неизменна и средняя скорость молекул. Следовательно, и давление газа, вызываемое ударами молекул, увеличивается в k раз и поэтому произведение pV.
Кривая, изображающая зависимость между величинами p и V, характеризующими свойства вещества при постоянной температуре, называется изотермой. Изотермы представляют собой гиперболы (точнее, половинки гипербол, т. к. p>0 и V>0), расположенные на графике тем выше, чем выше температура, при которой происходит процесс, см. рис.
Подробнее, новые значения объёма и давления: V1= V/k, p1=k p и их произведение
Если в сосуде имеется смесь нескольких газов, то можно разделить вклад в давление молекул разных типов. При этом давление в сосуде равно сумме парциальных давлений - давлений, которые были бы в сосуде, если бы его занимал только один из газов. Здесь важно, что плотность газа настолько мала, что молекулы не мешают друг другу. Это закон Дальтона для смеси газов.