In der Thermodynamik ist ein isobarer Prozess eine Änderung des Zustands einer bestimmten Materiemenge, in der der Druck konstant bleibt. Was sich ändert, sind eine oder mehrere seiner Zustandsvariablen. Wenn Wärme an das System übertragen wird, ist die Arbeit erledigt und die interne Energie des Systems ändert sich ebenfalls.
Der isobare Prozess unterliegt dem Gesetz von Charles. Nach dem Gesetz von Charles ist das Volumen für eine feste Masse des idealen Gases bei konstantem Druck direkt proportional zur Kelvin-Temperatur.
Isobare Prozesse werden durch den ersten Hauptsatz der Thermodynamik reguliert. Bei diesen Prozessen ist die Zunahme der Energie gleich der Zunahme der Enthalpie abzüglich des Drucks multipliziert mit der Zunahme des Volumens: ΔE = ΔH - P · ΔV.
Nicht zu verwechseln mit isothermen Prozessen, die bei konstantem Druck durchgeführt werden, oder mit adiabatischen Prozessen, die keine Wärme austauschen. Bei diesen Prozessen kann eine Druckänderung auftreten.
Beispiele für isobare Prozesse
Um diesen thermodynamischen Prozess besser zu verstehen, können wir einige Beispiele sehen.
-
Expansionsphase des Zylinders eines Motors.
-
Wasser in einem offenen Behälter kochen.
-
Erwärmung eines Globus durch Sonneneinstrahlung.
Die Luft eines Ballons erhitzen
Zu Beginn des Vormittags zeigt es einen bestimmten Druck, ein bestimmtes Volumen und eine bestimmte Temperatur an. Wenn sich die Luft im Inneren erwärmt, steigt der Druck an, dies ändert sich jedoch nicht aufgrund der Zunahme des Volumens.
Zylinderausdehnungsphase einer Wärmekraftmaschine
Die Ausdehnung der Luft in einem Zylinder mit einem beweglichen Kolben, dem Wärme zugeführt wird, erfolgt durch einen isobaren Prozess.
Das Volumen nimmt proportional zu seiner Temperatur zu und der Druck bleibt konstant. Dies steht im Einklang mit Charles Law.
Kochendes Wasser in einem offenen Behälter
Ein alltägliches Beispiel für einen isobaren Prozess ist das Kochen von Wasser in einem offenen Behälter. Durch die Zufuhr von Wärmeenergie zum Wasser steigt die Temperatur und wird zu Dampf.
Der erhaltene Dampf hat eine höhere Temperatur und nimmt ein größeres Volumen ein, der Druck bleibt jedoch konstant. Der Druck ist von Anfang an gleich dem atmosphärischen Druck.
Formeln im Zusammenhang mit dem isobaren Prozess
Wo,
-
W 1-2 Arbeit durch Zustandsänderung
-
Q 1-2 die zugeführte oder abgeführte Wärmemenge
-
P Druck
-
V die Lautstärke
-
T die absolute Temperatur
-
n die Staubmenge (normalerweise in Mol ausgedrückt)
-
m die Masse der Substanz
-
cp die spezifische Wärme des Stoffes bei konstantem Druck
-
k ist ein Verhältnis, das dem Quotienten der spezifischen Wärme bei konstantem Druck bzw. konstantem Volumen entspricht
Aus der ersten Gleichung können wir erkennen, dass das System positive Arbeit leistet, wenn sich das System ausdehnt (ΔV ist positiv). Im Gegenteil, wenn der Volumenanstieg negativ ist, zieht sich das System zusammen und die Arbeit ist negativ.
