Isobaarinen prosessi

Isobaari eli käyrä, jolla paine pysyy koko ajan samana pV-diagrammissa

Isobaarinen prosessi on termodynaaminen prosessi, jossa paine pysyy vakiona mutta muut systeemin suureet, kuten tilavuus ja lämpötila muuttuvat. Termi muodostetaan kreikan sanoista isos (sama) ja baros (painava).

Jos systeemi on tietyn massainen ideaalikaasu, noudattaa sen tilavuus ja lämpötila Gay-Lussacin lakia.

Laajenevan kaasun tekemä työ

Systeemiin tuotu lämpöenergia Q tekee termodynamiikan 1. pääsäännön mukaan työtä W ja kasvattaa samalla myös sisäenergiaa U:

$Q=\mathrm{\Delta }U+W$

Työ havaitaan esimerkiksi lämmitetyn kaasun laajenemisena ja sisäenergian muutos lämpöliikkeen kasvuna, kaasun rakennehiukkasten potentiaalienergian kasvuna tai muuna energiaa vativana muutoksena.

Laajenevan kaasun tekemä työ, kun tilavuus $V_1$ muuttuu tilavuudeksi $V_2$, määritellään termodynamiikassa yleisesti

$W=\underset{V_1}{\overset{V_2}{\int }}pdV$,

jolloin kaasun paine p muuttuu prosessin aikana. Työn määrä riippuu tällöin paineen funktiosta.

Isobaarisessa prosessissa paine on kuitenkin vakio, joten integraali ratkeaa yksinkertaisesti

$W=\underset{V_1}{\overset{V_2}{\int }}pdV=p\underset{V_1}{\overset{V_2}{\int }}dV=p(V_2-V_1)=p\mathrm{\Delta }V$

Koska ideaalikaasulle on määritelty yleisesti

$pV=nRT$

ja koska lämpötilan kasvaessa $\mathrm{\Delta }T$ kasvaa myös tilavuus samassa suhteessa $\mathrm{\Delta }V$, ideaalikaasun yhtälö muuttaa silloin muotoon

$p\mathrm{\Delta }V=nR\mathrm{\Delta }T$.

Isobaarisen prosessin tekemä laajenevan kaasun työ voidaan tämän jälkeen laskea lämpötilan muutoksen $\mathrm{\Delta }T$ avulla

$W=p\mathrm{\Delta }V=nR\mathrm{\Delta }T$.

Ainemäärä ja paine ovat siten prosessin muuttumattomat suureet eikä olomuodon muutoksia saa esiintyä.