Was ist ein isobarer Prozess?

Ein isobarer Prozess ist ein thermodynamischer Prozess, bei dem der Druck konstant bleibt. Dies wird normalerweise erreicht, indem das Volumen so expandiert oder kontrahiert wird, dass Druckänderungen, die durch die Wärmeübertragung verursacht werden, neutralisiert werden.

Der Begriff isobar stammt aus dem Griechischen iso, Gleichbedeutend und Baros, bedeutung gewicht.

In einem isobaren Prozess gibt es typischerweise innere Energieänderungen. Die Arbeit wird vom System geleistet und die Wärme wird übertragen, sodass sich keine der Größen im ersten Hauptsatz der Thermodynamik ohne Weiteres auf Null verringert. Die Arbeit bei konstantem Druck kann jedoch ziemlich einfach mit der Gleichung berechnet werden:

W = p * Δ V

Schon seit W ist die Arbeit, p ist der Druck (immer positiv) und ΔV Wenn sich das Volumen ändert, können wir sehen, dass es zwei mögliche Ergebnisse für einen isobaren Prozess gibt:

• Wenn sich das System ausdehnt (ΔV ist positiv), dann leistet das System positive Arbeit (und umgekehrt).
• Wenn sich das System zusammenzieht (ΔV ist negativ), dann macht das System negative Arbeit (und umgekehrt).

Beispiele für isobare Prozesse

Wenn Sie einen Zylinder mit einem beschwerten Kolben haben und das darin enthaltene Gas erwärmen, dehnt sich das Gas aufgrund der Energiezunahme aus. Dies steht im Einklang mit dem Charles'schen Gesetz - das Volumen eines Gases ist proportional zu seiner Temperatur. Der beschwerte Kolben hält den Druck konstant. Sie können den Arbeitsaufwand berechnen, indem Sie die Volumenänderung des Gases und den Druck kennen. Der Kolben wird durch die Volumenänderung des Gases verschoben, während der Druck konstant bleibt.

Wenn der Kolben fixiert war und sich nicht bewegte, während das Gas erwärmt wurde, stieg der Druck und nicht das Gasvolumen. Dies wäre kein isobarer Prozess, da der Druck nicht konstant war. Das Gas konnte keine Arbeit erzeugen, um den Kolben zu verschieben.

Wenn Sie die Wärmequelle aus dem Zylinder entfernen oder sogar in einen Gefrierschrank stellen, damit die Wärme an die Umgebung verloren geht, schrumpft das Gas im Volumen und zieht den beschwerten Kolben mit nach unten, da der Druck konstant bleibt. Das ist negative Arbeit, das System zieht sich zusammen.

Isobare Prozess- und Phasendiagramme

In einem Phasendiagramm würde sich ein isobarer Prozess als horizontale Linie zeigen, da er unter konstantem Druck abläuft. Dieses Diagramm zeigt Ihnen, bei welchen Temperaturen ein Stoff in einem bestimmten Bereich des atmosphärischen Drucks fest, flüssig oder dampfförmig ist.

Thermodynamische Prozesse

In thermodynamischen Prozessen hat ein System eine Änderung der Energie und dies führt zu Änderungen des Drucks, des Volumens, der inneren Energie, der Temperatur oder der Wärmeübertragung. In natürlichen Prozessen arbeiten oft mehrere dieser Typen gleichzeitig. Auch natürliche Systeme haben die meisten dieser Prozesse eine Vorzugsrichtung und sind nicht leicht umkehrbar.

• Adiabatischer Prozess - keine Wärmeübertragung in oder aus dem System.
• Isochorischer Prozess - keine Volumenänderung, in diesem Fall funktioniert das System nicht.
• Isobarer Prozess - keine Druckänderung.
• Isothermer Prozess - keine Temperaturänderung.