Izobarni proces

Sa Wikipedije, slobodne enciklopedije
Idi na: navigacija, traži
Question book-new.svg Ovaj članak ili neka od njegovih sekcija nije dovoljno potkrijepljena izvorima (literatura, web stranice ili drugi izvori).
Sporne rečenice i navodi bi mogli, ukoliko se pravilno ne označe validnim izvorima, biti obrisani i uklonjeni. Pomozite Wikipediji tako što ćete navesti validne izvore putem referenci, te nakon toga možete ukloniti ovaj šablon.
Termodinamika
|Carnot heat engine 2.svg
p  r  u

Izobarni proces je termodinamički proces u kojem pritisak ostaje konstantan: \Delta p = 0 . Termin dolazi od grčke riječi isos, što znači "jednako," i barus, "teško." Toplota prenesena u sistem vrši rad, ali i mijenja unutrašnju energiju sistema:

 Q = \Delta U + W\,

Prema prvom zakonu termodinamike, gdje je W izvršeni rad od strane sistema (pogledajte konvencije o znaku ispod), U je unutrašnja energija, a Q je toplota. P-V rad (od strane zatvorenog sistema) je definisan kao: (Δ znači promjena tokom cijelog proces, dok d označava diferencijal)

W = \int \! p \,dV \,

ali pošto je pritisak konstantan, to znači da je

 W = p \Delta V\, .

Primjenom zakona idealnog plina, ovo postaje

 W = n\,R\,\Delta T

pretpostavljajući da kvantitet plina ostaje konstantan (npr. bez fazne promjene tokom hemijske reakcije). Prema ekvipartiocionom teoremu, promjena unutrašnje energije povezana je sa temperaturom sistema preko:

 \Delta U = n\,c_V\,\Delta T

gdje je c_V specifična toplota pri konstantnoj zapremini.

Zamjena posljenje dvije jednačine u prvu jednačinu daje:

 Q = n\,c_V\,\Delta T + n\,R\,\Delta T
 = n\,(c_V + R)\,\Delta T
 = n\,c_P\,\Delta T .

gdje je c_P specifična toplota pri konstantnom pritisku.

Rasprava o detaljima specifičnih toplota[uredi | uredi izvor]

Kako bi pronašli molarne spefifične toplotne kapacitete razmatranih plinova, sljedeće jednačine primjenljuju se za bilo koji opći plin koji je kalorički savršen. Osobina \gamma se naziva ili adijabatski indeks ili omjer toplotnog kapaciteta. Neke knjige koriste oznaku k umjesto \gamma.

Molarna izohorna specifična toplota:

c_V = \frac{R}{\gamma - 1}

Molarna izobarna specifična toplota:

c_p = \frac{\gamma R}{\gamma - 1}.

Vrijednosti za \gamma su \gamma = 1,4 za dvoatomne plinove kao što je zrak i njegove osnovne komponente, te \gamma = \frac{5}{3} za jednoatomne plinove kao što su plemeniti plinovi. Formule za spefifične toplote bi se redukovale u ovim posebnim slučajevima:

Jednoatomni:

c_V = \frac{3 R}{2} and c_P = \frac{5 R}{2}

Dvoatomni:

c_V = \frac{5 R}{2} and c_P = \frac{7 R}{2}

Izobarni proces je prikazan u P-V dijagramu kao prava horizontalna linija, koja povezuje početno i krajnje termostatičko stanje. Ako se proces odvija prema desno, tada se radi o širenju. Ako se proces odvija prema lijevo, tada se radi o kompresiji.

Diskusija o znaku[uredi | uredi izvor]

Motivacija za konvencije o znaku u termodinamici došla je iz ranih dana razvoja toplotnih motora. Pri dizajniranju toplotnog motora, cilj je da se dobije sistem koji će stvoriti i dopremiti izlazni rad. Izvor energije u toplotnom motoru je ulazna toplote.

Ako se zapremina kompresuje (delta V = konačna zapremina - početna zapremina < 0), tada je L < 0. To jest, tokom izobarne kompresije plin vrši negativan rad. Suprotno, okolina vrši pozitivan rad na plinom.

Ako se zapremina širi (delta V = konačna zapremina - početna zapremina > 0), zada je P > 0. To jest, tokom izobarnog širenja plin vrši pozitivni rad, ili ekvivalentno, okolina vrši negativan rad. Suprotno, plin vrši pozitivni rad nad okolinom.

Ako se toplota dodaje sistemu, tada je Q > 0. To jest, tokom izobarnog širenja/zagrijavanja, pozitivna toplota se dodaje plinu, ili ekvivalentno, okolina prima negativnu toplotu. Suprotno, plin prima pozitivnu toplotu od okoline.

Ako sistem odaje toplotu, tada je Q < 0. To jest, tokom izobarne kompresije/hlađenja, plin prima negativnu energiju, ili ekvivalentno, okolina prima pozitivnu toplotu. Suprotno, okolina prima pozitivnu toplotu od plina.

Definisanje entalpije[uredi | uredi izvor]

Izohorni proces je opisan preko jednačine  Q = \Delta U . bili bi zgodno imati sličnu jednačinu za izobarne procese. Zamjenom druge jednačine u prvu, dobijamo

 Q = \Delta U + \Delta (p\,V) = \Delta (U + p\,V)

Veličina U + p V je funkcija stanja, tako da joj se može dati neki naziv, a naziva se entalpija i označena je sa H. Tako se izobarni proces može pobliže opisati preko jednačine

 Q = \Delta H \,.

Entalpija i specifični izobarni toplotni kapacitet su veoma korisni matematički činioci, pošto, pri analizitanju procesa u otvorenom sistemu, situacija kada nemamo rada dešava se kada fluid struji pri konstantnom pritisku. U otvorenom sistemu, entalpija je veličina koja je korisna za praćenje sadržaja nergij u fluidu.

Također pogledajte[uredi | uredi izvor]

Commons logo
U Wikimedijinom spremniku se nalazi još materijala vezanih uz: