Isobara (termodinamica)

În termodinamică, o transformare izobarică (sau pur și simplu isobarică ) este o transformare termodinamică a stării unui sistem fizic în timpul căruia presiunea rămâne constantă.

Implementarea practică a unui proces izobaric

Reprezentarea unui gaz limitat într-un cilindru cu un piston.

Să luăm în considerare sistemul reprezentat în figură în lateral, constând dintr-un gaz perfect (în albastru) închis într-un cilindru vertical, închis la bază de un perete fix și în partea superioară de un piston mobil (în galben).

În ipoteza că ecuația stării gazelor ideale se menține, avem:

pV=nRT

{\ displaystyle pV = nRT}

{\ displaystyle pV = nRT}

adică:

p={\frac {nRT}{V}}

{\ displaystyle p = {\ frac {nRT} {V}}}

{\ displaystyle p = {\ frac {nRT} {V}}}

Pentru ca presiunea p să rămână constantă, dacă volumul V al sistemului se schimbă, temperatura T trebuie să varieze și ea (într-o manieră direct proporțională). De fapt, cantitatea de substanță n este constantă pentru un sistem închis în care nu au loc reacții chimice (care pot modifica cantitatea de substanță) și R este o constantă (numită constantă a gazului ).

Dacă nu se aplică forță externă pistonului și dacă se presupune că forța de frecare dintre piston și pereții cilindrului este zero, pistonul va fi liber să se miște, astfel încât gazul va avea un anumit volum, în funcție de temperatura la care este găsește.

Presiunea care insistă asupra pistonului este în acest caz egală cu presiunea atmosferică (1 atm ), care este constantă. Prin urmare, creșterea temperaturii unui astfel de sistem va crește volumul acestuia, fără ca presiunea să se schimbe (adică în condiții de izobar). În mod similar, prin scăderea temperaturii sistemului astfel constituit, va exista și o scădere a volumului gazului, din nou în condiții izobarice.

Gaz ideal

Procesul izobaric

Transformarea izobară a unui gaz ideal este descrisă de prima lege a lui Gay-Lussac :

{\frac {V}{T}}=costante

{\ displaystyle {\ frac {V} {T}} = constant}

{\ displaystyle {\ frac {V} {T}} = constant}

care, într-o diagramă presiune-volum , este reprezentată de un segment paralel cu axa volumului.

Dacă luăm acum în considerare o transformare isobară reversibilă finită a unui gaz ideal între două stări la temperaturi $T_{1}\$ ${\ displaystyle T_ {1} \}$ ${\ displaystyle T_ {1} \}$ Și $T_{2}\$ ${\ displaystyle T_ {2} \}$ ${\ displaystyle T_ {2} \}$ , și presupunând că, în acest interval de temperatură, căldura molară $c_{p}\$ ${\ displaystyle c_ {p} \}$ ${\ displaystyle c_ {p} \}$ poate fi considerat constant, din definiție $\delta Q=nc_{P}dT\$ ${\ displaystyle \ delta Q = nc_ {P} dT \}$ ${\ displaystyle \ delta Q = nc_ {P} dT \}$ primesti:

Q|p=nc_{p}(T_{2}-T_{1})\

{\ displaystyle Q | p = nc_ {p} (T_ {2} -T_ {1}) \}

{\ displaystyle Q | p = nc_ {p} (T_ {2} -T_ {1}) \}

Tot de la $dL=pdV$ ${\ displaystyle dL = etaj magazin}$ ${\ displaystyle dL = etaj magazin}$ și din ecuația stării gazelor ideale obținem:

L|p=p(V_{2}-V_{1})=nR(T_{2}-T_{1})\

{\ displaystyle L | p = p (V_ {2} -V_ {1}) = nR (T_ {2} -T_ {1}) \}

{\ displaystyle L | p = p (V_ {2} -V_ {1}) = nR (T_ {2} -T_ {1}) \}

Din definiția entropiei :

\Delta S=S(2)-S(1)=\int _{1}^{2}{\frac {\delta Q}{T}}\

{\ displaystyle \ Delta S = S (2) -S (1) = \ int _ {1} ^ {2} {\ frac {\ delta Q} {T}} \}

{\ displaystyle \ Delta S = S (2) -S (1) = \ int _ {1} ^ {2} {\ frac {\ delta Q} {T}} \}

,

în cazul transformării izobare a unui gaz ideal, obținem:

\Delta S|p=nc_{p}\ln {\frac {T_{2}}{T_{1}}}=nc_{p}\ln {\frac {V_{2}}{V_{1}}}\

{\ displaystyle \ Delta S | p = nc_ {p} \ ln {\ frac {T_ {2}} {T_ {1}}} = nc_ {p} \ ln {\ frac {V_ {2}} {V_ { 1}}} \}

{\ displaystyle \ Delta S | p = nc_ {p} \ ln {\ frac {T_ {2}} {T_ {1}}} = nc_ {p} \ ln {\ frac {V_ {2}} {V_ { 1}}} \}

din care vedem că entropia crește datorită încălzirii (expansiunii).

Compresibilitatea izobarică

Același subiect în detaliu: compresibilitatea izobarică .

Compresibilitatea izobarică ^[1] reprezintă raportul dintre variația volumului datorată exclusiv temperaturii T (și nu presiunii: deci derivatului parțial ) și volumului în sine V :

$\beta ={\frac {1}{V}}{\frac {\partial V}{\partial T}}$ ${\ displaystyle \ beta = {\ frac {1} {V}} {\ frac {\ partial V} {\ partial T}}}$ ${\ displaystyle \ beta = {\ frac {1} {V}} {\ frac {\ partial V} {\ partial T}}}$ .

Reprezentarea grafică a unei transformări izobarice

În termodinamică, de asemenea, izobarele definesc liniile care unesc puncte de presiune egală, adică reprezentarea a două sau mai multe condiții caracterizate prin aceeași presiune .

Prin urmare, izobarele sunt linii care facilitează citirea transformărilor termodinamice în diferite tipuri de diagrame . De exemplu, în planul Clapeyron , izobarele sunt linii orizontale, în timp ce în planul entropic sunt linii cu o pantă crescătoare.

În meteorologie

Același subiect în detaliu: Isobara (meteorologie) .

Isobar în timpul unui uragan pe arhipelagul britanic

În meteorologie , izobarele sunt linii ideale care pe hărțile meteorologice unesc puncte cu presiune atmosferică egală la nivelul mării .

Notă

^ nu trebuie confundat cu factorul de compresibilitate , care este un parametru utilizat în dezvoltarea ecuațiilor de stare .

Bibliografie

( EN ) JM Smith, HCVan Ness; MM Abbot, Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics , ediția a 6-a, McGraw-Hill, 2000, ISBN 0-07-240296-2 .

KG Denbigh, Principiile echilibrului chimic, Milano, Casa Editrice Ambrosiana, 1971, ISBN 88-408-0099-9 .

Elemente conexe

Portalul chimiei

Portalul Termodinamicii

[1] u trebuie confundat cu factorul de compresibilitate , care este un parametru utilizat în dezvoltarea ecuațiilor de stare .

[1]