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Handelt es sich um eine isobare Zustandsänderung so ist damit gemeint, dass der Druck
Beispiel
Was passiert bei einer isobaren Zustandsänderung?
Man stelle sich ein geschlossenes mit Luft gefülltes Gefäß vor, welches einen bestimmten Druck aufweist. Die Wände des Gefäßes seien verschiebbar. Zu Beginn herrscht innerhalb des Gefäßes ein Anfangszustand, das bedeutet es herrscht eine bestimmte Temperatur und die Luft nimmt ein bestimmtes Volumen ein. Wird nun die Temperatur innerhalb des Gefäßes erhöht, beginnen sich die Teilchen schneller zu bewegen, was dazu führt, dass die Teilchen heftiger gegen die Wand stoßen. Bei der isochoren Zustandsänderung hat sich aufgrund der starren Wände der Druck erhöht. Bei der isobaren Zustandsänderung werden sich nun die Wände verschieben und damit das Volumen des Gefäßes vergrößern. Das führt dazu, dass der Druck konstant bleibt. Die Teilchen stoßen zwar auch mit größerer Geschwindigkeit an die Gefäßwand, aber sie tun das seltener (wegen der größeren Entfernung) und damit ist der Impulsübertrag weiterhin konstant. Sinkt die Temperatur wieder auf den Anfangszustand zurück, so zieht sich die Luft wieder zusammen und die Wände nehmen wieder die Ausgangsposition ein.
In diesem Abschnitt soll gezeigt werden, was eine isobare Zustandsänderung für Auswirkungen auf die Zustandsgrößen hat. Dabei werden die Gleichungen aus der Übersicht des Oberkapitels verwendet und nur diejenigen Gleichungen aufgeführt, welche einer Änderung unterliegen.
Thermische Zustandsgleichung
Die thermische Zustandsgleichung gilt für alle idealen Gase und ist allgemein gegeben mit
Bei einer isobaren Zustandsänderung ist der Druck
Methode
und das Gesetz von Gay-Lussac (Abschnitt Spezialfälle des allgemeinen Gasgesetzes) mit
Methode
Volumenänderungsarbeit
Bei der Formel für die innere Energie für ein geschlossenes System
ist bei der isobaren Zustandsänderung mit
Methode
Man kann hier die thermische Zustandsgleichung einsetzen:
Methode
bzw.
Die Volumenänderungsarbeit
Innere Energie/ Enthalpie/ Wärme
Die Gleichung für die innere Energie ist wie folgt:
Methode
Die Gleichung für die Enthalpie ändert sich, weil der Druck
Methode
Man kann
Methode
Damit ist die Wärme für einen irreversiblen Prozess:
Methode
Handelt es sich um einen reversiblen Prozess, so ist
Methode
Entropie
Bei der Entropie ändert sich die folgende Formel:
Da der Druck konstant ist, wird
Integriert ergibt das ganze:
Methode
Die Entropie lässt sich in einem T,S-Diagramm darstellen. Die Entropie kann auch geschrieben werden als
Dabei ist allgemein gesehen die Fläche unter der Kurve (Isobare) zur
nun folgendermaßen aussieht:
Handelt sich um einen reversiblen Prozess so fällt auch
Handelt es sich hingegen um einen irreversiblen adiabaten Prozess so gilt
Handelt es sich um einen reversiblen adiabaten Prozess so gilt
Merke
Bei der isobaren Zustandsänderung ist im T,S-Diagramm die Fläche unter der Isobaren nicht nur die Summe aus Wärme und Dissipationsenergie (bei einem irreversibler Prozess in einem nicht adiabaten System) sondern ebenfalls die Änderung der Enthalpie.