Isobaarinen prosessi

Isobaarinen prosessi on termodynaaminen prosessi, jossa paine pysyy vakiona mutta muut systeemin suureet, kuten tilavuus ja lämpötila muuttuvat. Termi muodostetaan kreikan sanoista isos (sama) ja baros (painava)^[1].

Jos systeemi on tietyn massainen ideaalikaasu, noudattaa sen tilavuus ja lämpötila Gay-Lussacin lakia.

Laajenevan kaasun tekemä työ

Systeemiin tuotu lämpöenergia Q tekee termodynamiikan 1. pääsäännön mukaan työtä W ja kasvattaa samalla myös sisäenergiaa U:

${\displaystyle Q=\Delta U+W\,}$

Työ havaitaan esimerkiksi lämmitetyn kaasun laajenemisena ja sisäenergian muutos lämpöliikkeen kasvuna, kaasun rakennehiukkasten potentiaalienergian kasvuna tai muuna energiaa vativana muutoksena.

Laajenevan kaasun tekemä työ, kun tilavuus ${\displaystyle V_{1}}$ muuttuu tilavuudeksi ${\displaystyle V_{2}}$, määritellään termodynamiikassa yleisesti

${\displaystyle W=\int _{V_{1}}^{V_{2}}\!p\,dV\,}$,

jolloin kaasun paine p muuttuu prosessin aikana. Työn määrä riippuu tällöin paineen funktiosta.

Isobaarisessa prosessissa paine on kuitenkin vakio, joten integraali ratkeaa yksinkertaisesti

${\displaystyle W=\int _{V_{1}}^{V_{2}}\!p\,dV\,=\!p\int _{V_{1}}^{V_{2}}\,dV\,=p(V_{2}-V_{1})=p\Delta V\,}$

Koska ideaalikaasulle on määritelty yleisesti

${\displaystyle \!p\,V=n\,R\,T}$

ja koska lämpötilan kasvaessa ${\displaystyle \!\Delta T}$ kasvaa myös tilavuus samassa suhteessa ${\displaystyle \!\Delta V}$, ideaalikaasun yhtälö muuttaa silloin muotoon

${\displaystyle \!p\,\Delta V=n\,R\,\Delta T}$.

Isobaarisen prosessin tekemä laajenevan kaasun työ voidaan tämän jälkeen laskea lämpötilan muutoksen ${\displaystyle \Delta T}$ avulla

${\displaystyle W=p\Delta V\,=n\,R\,\Delta T}$.

Ainemäärä ja paine ovat siten prosessin muuttumattomat suureet eikä olomuodon muutoksia saa esiintyä.

Lähteet