Processo isobárico

Processo isobárico – Definição

Um processo isobárico é uma mudança de processo termodinâmico no estado de uma certa quantidade de matéria na qual a pressão permanece constante.

O que pode mudar é uma ou mais de suas variáveis de estado. Se o calor é transferido para o sistema, o trabalho é realizado e a energia interna do sistema também muda.

Em um diagrama pressão-volume, ele conduz uma linha horizontal de acordo com a lei dos gases ideais.

O processo isobárico é governado pela lei de Charles. De acordo com a lei de Charles, para uma massa fixa de gás ideal a pressão constante, o volume é diretamente proporcional à temperatura Kelvin.

Os processos isobáricos são regulados pela primeira lei da termodinâmica.

Nesses processos, o aumento da energia é igual ao aumento da entalpia menos a pressão multiplicada pelo aumento do volume: E = H – P · V.

Não confundir com processos isotérmicos, que são realizados a pressão constante ou com processos adiabáticos, que não trocam calor. Nesses processos, pode ocorrer uma mudança de pressão.

Quando o processo é feito em volume constante, é chamado de processo isocórico.

Processo isobárico – O que é

Um processo isobárico é um tipo de processo termodinâmico no qual a pressão do sistema permanece constante.

Um processo isobárico é um processo termodinâmico no qual a pressão permanece constante.

Isso geralmente é obtido permitindo que o volume se expanda ou se contraia de forma a neutralizar quaisquer mudanças de pressão que seriam causadas pela transferência de calor.

O termo isobárico vem do grego iso, que significa igual, e baros, que significa peso.

Em um processo isobárico, normalmente há mudanças internas de energia. O trabalho é realizado pelo sistema e o calor é transferido, de modo que nenhuma das grandezas da primeira lei da termodinâmica se reduz facilmente a zero.

No entanto, o trabalho a uma pressão constante pode ser facilmente calculado com a equação: W = p * V

Como W é o trabalho, p é a pressão (sempre positiva) e V é a variação de volume, podemos ver que há dois resultados possíveis para um processo isobárico:

Se o sistema se expande (V é positivo), então o sistema realiza trabalho positivo (e vice-versa).
Se o sistema se contrair (V é negativo), então o sistema realiza trabalho negativo (e vice-versa).

Processo isobárico – Exemplos

Se você tem um cilindro com um pistão pesado e aquece o gás nele, o gás se expande devido ao aumento de energia. Isso está de acordo com a lei de Charles – o volume de um gás é proporcional à sua temperatura.

O pistão ponderado mantém a pressão constante. Você pode calcular a quantidade de trabalho realizado conhecendo a variação do volume do gás e da pressão.

O pistão é deslocado pela mudança no volume do gás enquanto a pressão permanece constante.

Se o pistão estivesse fixo e não se movesse enquanto o gás era aquecido, a pressão aumentaria em vez do volume do gás. Este não seria um processo isobárico, pois a pressão não era constante.

O gás não poderia produzir trabalho para deslocar o pistão.

Se você remover a fonte de calor do cilindro ou até mesmo colocá-lo em um freezer para que ele perca calor para o ambiente, o gás encolherá em volume e puxará o pistão pesado com ele, mantendo a pressão constante. Isso é trabalho negativo, o sistema se contrai.

Processo isobárico e diagramas de fases

Em um diagrama de fases, um processo isobárico apareceria como uma linha horizontal, uma vez que ocorre sob pressão constante. Este diagrama mostraria a que temperaturas uma substância é sólida, líquida ou vapor para uma faixa de pressões atmosféricas.

Processos Termodinâmicos

Nos processos termodinâmicos, um sistema tem uma mudança na energia e isso resulta em mudanças na pressão, volume, energia interna, temperatura ou transferência de calor.

Em processos naturais, muitas vezes mais de um desses tipos estão em ação ao mesmo tempo.

Além disso, nos sistemas naturais, a maioria desses processos tem uma direção preferencial e não são facilmente reversíveis.

Processo adiabático – sem transferência de calor para dentro ou para fora do sistema.
Processo isocórico – sem alteração de volume, caso em que o sistema não funciona.
Processo isobárico – nenhuma mudança na pressão.
Processo isotérmico – sem mudança de temperatura.

Processo Isobárico: Primeira Lei da Termodinâmica, Pressão Constante

Processo isobárico é um processo termodinâmico que ocorre a pressão constante.

Isobárico é derivado do grego “Iso” e “Baros”, que significa “Igual Pressão”. Como resultado, quando o volume é aumentado ou reduzido, a pressão constante é obtida.

Isso efetivamente cancela quaisquer alterações de pressão causadas pela transmissão de calor.

Quando o calor é fornecido a um sistema em um processo isobárico, algum trabalho é realizado. Há, no entanto, uma mudança na energia interna do sistema. Como resultado, nenhuma quantidade, conforme definida pela primeira regra da termodinâmica, se torna zero.

O processo isobárico também é conhecido como processo de pressão constante.

Processo isobárico – Sistema

Muitas vezes, o sistema do qual queremos extrair calor para realizar trabalho é um gás.

Quando um gás se expande, quanto trabalho ele realiza sobre a vizinhança?

Considere um gás ideal em um cilindro com um pistão móvel. O gás ocupa um volume V, a temperatura é T e a pressão é P. Suponha que o pistão tenha uma área de seção transversal A.

Suponha que o gás se expanda em uma pequena quantidade e o pistão se mova em uma pequena quantidade. O gás exerce uma força F = PA no pistão e, portanto, realiza um trabalho W = Fy no pistão.

W = Fy = PAy = PV

W é a variação de volume do gás. W é positivo porque o gás se expande. (Se o gás está sendo comprimido, então W é negativo e o trabalho é realizado sobre o gás.)

Se o volume do gás mudar de V1 para V2, então o trabalho total realizado pelo gás depende de como exatamente a pressão varia durante o processo de expansão.

_j. Somamos o trabalho realizado durante um grande número de pequenas mudanças de volume.

Se a pressão e o volume são conhecidos em cada etapa do processo de expansão, então o trabalho pode ser representado como a área sob a curva em um diagrama PV.

Um processo adiabático é um processo durante o qual nenhum calor entra ou sai do sistema.

Temos então U = -W, ou seja, i.e. W é igual à mudança em uma propriedade física do sistema.

Uma propriedade física do sistema depende apenas do estado do sistema (P, V, T), não da forma como o sistema foi colocado nesse estado.

Na prática, existem duas maneiras diferentes de evitar a transferência de calor.

a) Proporcionar um isolamento térmico muito bom do sistema.
b) Complete o processo em um intervalo de tempo muito curto, de modo que não haja tempo para transferência de calor apreciável.

O processo de combustão dentro de um motor de carro é essencialmente adiabático por esse motivo.

Um processo isobárico é um processo que ocorre a pressão constante.

Temos então W = P(V₂ – V₁).

Se a pressão de um gás ideal for mantida constante, então a temperatura deve aumentar à medida que o gás se expande. (PV/T = constante.) O calor deve ser adicionado durante o processo de expansão.

Definimos a entalpia H do sistema pela equação H = U + PV.

A entalpia é uma propriedade física do sistema. Depende apenas do estado do sistema (energia interna, pressão, volume), não de como chegou a esse estado.

A entalpia tem as dimensões de energia e a unidade SI de entalpia é Joule.

Para um processo isobárico escrevemos U = Q – W = Q – P(V₂ – V₁), ou, reorganizando os termos, H = Q.

Esta expressão, frequentemente usada em química, pode ser considerada a forma isobárica da primeira lei.

H = Q só vale para processos isobáricos. As reações químicas (incluindo as biológicas) geralmente ocorrem a pressão constante, e então Q é igual à mudança em uma propriedade física do sistema.

Um processo isovolumétrico ou isométrico ocorre a volume constante.

Então W = 0 e U = Q.

Todo o calor adicionado ao sistema vai aumentar sua energia interna.

Um processo isotérmico ocorre a temperatura constante.

Como a energia interna de um gás é apenas uma função de sua temperatura, U = 0 para um processo isotérmico.

Para a expansão isotérmica de um gás ideal temos W = nRT ln(V₂/V₁).

W é positivo se V₂ > V₁. Como U = 0, o calor transferido para o gás é Q = W.

Fonte: solar-energy.technology/www.chemeurope.com/www.wartsila.com/labman.phys.utk.edu/collegedunia.com