Em termodinâmica, um processo isobárico é uma mudança no estado de uma certa quantidade de matéria na qual a pressão permanece constante. O que muda é uma ou mais de suas variáveis de estado. Se o calor é transferido para o sistema, o trabalho é feito e a energia interna do sistema também muda.
O processo isobárico é regido pela lei de Charles. De acordo com a lei de Charles, para uma massa fixa de gás ideal a pressão constante, o volume é diretamente proporcional à temperatura Kelvin.
Os processos isobáricos são regulados pela primeira lei da termodinâmica. Nestes processos, o aumento da energia é igual ao aumento da entalpia menos a pressão multiplicada pelo aumento do volume: ΔE = ΔH - P · ΔV.
Não deve ser confundido com processos isotérmicos, que são realizados a pressão constante, ou com processos adiabáticos, que não trocam calor. Nestes processos, pode ocorrer uma mudança de pressão.
Exemplos de processos isobáricos
Para entender melhor esse processo termodinâmico, vamos nos ajudar a ver alguns exemplos.
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Fase de expansão do cilindro de um motor.
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Ferva a água em um recipiente aberto.
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Aquecimento de um globo devido aos efeitos da radiação solar.
Aquecendo o ar de um balão
No início da manhã apresenta certa pressão, volume e temperatura, conforme o ar de dentro esquenta, a pressão aumenta, mas isso não muda com o aumento de volume.
Fase de expansão do cilindro de um motor térmico
A expansão do ar em um cilindro com um pistão móvel ao qual o calor é fornecido é realizada por um processo isobárico.
O volume aumentará proporcionalmente à sua temperatura e a pressão permanecerá constante. Isso está de acordo com a Lei Charles.
Água fervente em um recipiente aberto
Um exemplo comum de processo isobárico é ferver água em um recipiente aberto. Ao fornecer energia térmica à água, ela aumenta de temperatura e se transforma em vapor.
O vapor obtido tem uma temperatura mais elevada e ocupa um volume maior, porém a pressão permanece constante. Desde o início, a pressão é igual à pressão atmosférica.
Fórmulas relacionadas ao processo isobárico
Onde,
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W1-2 trabalho realizado por mudança de estado
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Q1-2 a quantidade de calor fornecida ou removida
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Pressão P
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V o volume
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T a temperatura absoluta
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n a quantidade de poeira (geralmente expressa em moles)
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sou a massa da substância
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cp o calor específico da substância a pressão constante
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k é uma razão igual ao quociente do calor específico a pressão e volume constantes, respectivamente
A partir da primeira equação, podemos ver que se o sistema se expande (ΔV é positivo), então o sistema faz um trabalho positivo. Ao contrário, se o aumento de volume for negativo, o sistema se contrai e a obra fica negativa.
