Menu

Termodinàmica.
Transformació de l'energia

Energia tèrmica i combustió.
Efectes de la termodinàmica

Entropia

Procés isobàric. Definició i exemples

Procés isobàric. Definició i exemples

En termodinàmica, un procés isobàric és un canvi en l'estat d'una certa quantitat de matèria en la qual la pressió roman constant. El que sí canvia és una o més de les seves variables d'estat. Si es transfereix calor a sistema es realitza treball i també canvia l'energia interna del sistema.

El procés isobàric es regeix per la llei de Charles. Segons la llei de Charles, per una massa fixa de gas ideal a pressió constant, el volum és directament proporcional a la temperatura de Kelvin.

Els processos isobàrics estan regulats per la primera llei de la termodinàmica. En aquests processos, l'increment de l'energia és igual a l'increment de l'entalpia menys la pressió multiplicada per l'increment de volum: ΔE = ΔH - P · ΔV.

No confondre amb els processos isotèrmics, que es realitzen a pressió constant ni amb els processos adiabàtics, que no intercanvia calor. En aquests processos sí que pot produir-se un canvi de pressió.

Exemples de processos isobàrics

Per comprendre millor aquest procés termodinàmic ens ajudarà veure un parell d'exemples.

  • Fase d'expansió del ilindre d'un motor.

  • Ebullició d'aigua en un recipient obert.

  • Escalfament d'un globus per efectes de la radiació solar.

Escalfament de l'aire d'un globus

Procés isobàric. Definició i exemplesEl canvi de volum que experimenta un globus conforme els raigs de sol incideixen sobre ell és un exemple de procés isobàric.

A l'inici del matí presenta certa pressió, volum i temperatura, d'acord s'escalfa l'aire al seu interior augmenta la pressió, però aquesta no varia a causa de l'augment del seu volum.

Fase d'expansió del ilindre d'un motor tèrmic

L'expansió d'aire en un cilindre amb un pistó movible a què se subministra calor es realitza mitjançant un procés isobàric.

El volum augmentarà de forma proporcional a la seva temperatura i la pressió es mantindrà constant. Això està d'acord amb la llei de Charles.

Ebullició d'aigua en un recipient obert

Un exemple quotidià d'un procés isobàric es presenta a l'bullir aigua en un recipient obert. A l'subministrar energia calorífica a l'aigua, aquesta puja de temperatura i es converteix en vapor.

El vapor que s'obté té una temperatura superior i ocupa un major volum, però, la pressió es manté constant. Des de l'inici la pressió és igual a la pressió atmosfèrica.

Fórmules relacionades amb el procés isobàric

 

1-2 = P ( 2 - 1 )
1-2 = R ( 2 - 1 )
1-2 = p ( 2 - 1 )
1-2 = ( k / ( k -1)) P ( 2 - 1 )

 

En on,

  • W 1-2 el treball realitzat pel canvi d'estat

  • Q 1-2 la quantitat de calor subministrat o eliminat

  • P la pressió

  • V el volum

  • T la temperatura absoluta

  • n la quantitat de pols (generalment expressada en mols)

  • m la massa de la substància

  • cp la calor específica de la substància a pressió constant

  • k és una raó igual a el quocient de la calor específica a pressió constant i volum constant, respectivament

De la primera equació podem observar que si el sistema s'expandeix (ΔV és positiu), llavors el sistema fa un treball positiu. Per contra, si l'increment de volum és negatiu, el sistema es contreu i el treball és negatiu.

    Autor:

    Data de publicació: 24 de abril de 2018
    Última revisió: 24 de agost de 2020