Изобарный процесс

График изобарического расширения газа от объёма $V_a$ до $V_b$. AB здесь является изобарой.

Изобарный процесс (др.-греч. ἴσος «одинаковый» и βάρος «тяжесть») — термодинамический процесс, происходящий в системе при постоянном давлении и постоянной массе идеального газа.

Согласно закону Гей-Люссака, при изобарном процессе в идеальном газе $\frac{V}{T} = \mathrm{const}$.

Работа, совершаемая газом при расширении или сжатии газа, равна $A = P\Delta V$.

Количество теплоты, получаемое или отдаваемое газом, характеризуется изменением энтальпии: $\delta Q = \Delta I = \Delta U + P\Delta V$.

Теплоёмкость

Молярная теплоёмкость при постоянном давлении обозначается как $C_p$. В идеальном газе она связана с теплоёмкостью при постоянном объёме соотношением Майера $C_p = C_v + R$.

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

• для одноатомных газов $C_p = \frac{5}{2}R$, то есть около 20.8 Дж/(моль·К);
• для двухатомных газов $C_p = \frac{7}{2}R$, то есть около 29.1 Дж/(моль·К);
• для многоатомных газов $C_p = 4R$, то есть около 33.3 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 $\Delta S = \int\limits_{U_1}^{U_2} \frac{dU}{T}$. В случае, если изобарный процесс происходит в идеальном газе, то $dU = d(\nu C_v T + \nu RT) = \nu (C_v + R) dT = \nu C_p dT$, следовательно, изменение энтропии можно выразить как $\Delta S = \int\limits_{T_1}^{T_2}\nu C_p \frac{dT}{T}$. Если пренебречь зависимостью $C_p$ от температуры, то $\Delta S = \nu C_p \ln \frac{T_2}{T_1}$.

Литература

• Сивухин Д. В. Общий курс физики. — Издание 5-е, исправленное. — М.: Физматлит, 2006. — Т. II. Термодинамика и молекулярная физика. — 544 с. — ISBN 5-9221-0601-5

См. также

• Молекулярно-кинетическая теория
• Изотермический процесс
• Изохорный процесс