Изобарный процесс

График изобарического расширения газа от объёма [math]\displaystyle{ V_a }[/math] до [math]\displaystyle{ V_b. }[/math] AB здесь является изобарой

Изобари́ческий или изоба́рный проце́сс (др.-греч. ἴσος «одинаковый» + βάρος «тяжесть») — термодинамический изопроцесс, происходящий в системе при постоянных давлении и массе газа.

Согласно закону Гей-Люссака, в идеальном газе при изобарном процессе отношение объёма к температуре постоянно: [math]\displaystyle{ \frac{V}{T} = \mathrm{const} }[/math].

Если использовать уравнение Клапейрона — Менделеева, то работа, совершаемая газом при расширении или сжатии газа, равна [math]\displaystyle{ A = \frac{m}{M}R(T_2-T_1) }[/math]

Количество теплоты, получаемое или отдаваемое газом, характеризуется изменением энтальпии: [math]\displaystyle{ \delta Q = \Delta I = \Delta U + P\Delta V. }[/math]

Теплоёмкость

Молярная теплоёмкость при постоянном давлении обозначается как [math]\displaystyle{ C_p. }[/math] В идеальном газе она связана с теплоёмкостью при постоянном объёме соотношением Майера [math]\displaystyle{ C_p = C_v + R. }[/math]

Молекулярно-кинетическая теория позволяет вычислить приблизительные значения молярной теплоёмкости для различных газов через значение универсальной газовой постоянной R:

для одноатомных газов [math]\displaystyle{ C_p = \frac{5}{2}R }[/math], то есть около 20,8 Дж/(моль·К);
для двухатомных газов [math]\displaystyle{ C_p = \frac{7}{2}R }[/math], то есть около 29,1 Дж/(моль·К);
для многоатомных газов [math]\displaystyle{ C_p = 4R }[/math], то есть около 33,2 Дж/(моль·К).

Теплоёмкости можно также определить исходя из уравнения Майера, если известен показатель адиабаты, который можно измерить экспериментально (например, с помощью измерения скорости звука в газе или используя метод Клемана — Дезорма).

Изменение энтропии

Изменение энтропии при квазистатическом изобарном процессе равно [math]\displaystyle{ \Delta S = \int\limits_{1}^{2} \frac{dQ}{T} . }[/math] В случае, если изобарный процесс происходит в идеальном газе, то [math]\displaystyle{ dQ = d(\nu C_v T + \nu RT) = \nu (C_v + R) dT = \nu C_p dT, }[/math] следовательно, изменение энтропии можно выразить как [math]\displaystyle{ \Delta S = \int\limits_{T_1}^{T_2}\nu C_p \frac{dT}{T}. }[/math] Если пренебречь зависимостью [math]\displaystyle{ C_p }[/math] от температуры (это предположение справедливо, например, для идеального одноатомного газа, но в общем случае не выполняется), то [math]\displaystyle{ \Delta S = \nu C_p \ln \frac{T_2}{T_1}. }[/math]

См. также

Литература

Сивухин Д. В. Общий курс физики. — М., 2008. — Т. II. Термодинамика и молекулярная физика.
Изобарный процесс // Казахстан. Национальная энциклопедия (рус.). — Алматы: Казахская энциклопедия, 2005. — Т. II. — ISBN 9965-9746-3-2. (CC BY-SA 3.0)