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Proceso isobárico. Definición y ejemplos

Proceso isobárico. Definición y ejemplos

En termodinámica, un proceso isobárico es un cambio en el estado de una cierta cantidad de materia en la que la presión permanece constante. Lo que sí cambia es una o más de sus variables de estado. Si se transfiere calor al sistema se realiza trabajo y también cambia la energía interna del sistema.

El proceso isobárico se rige por la ley de Charles. Según la ley de Charles, para una masa fija de gas ideal a presión constante, el volumen es directamente proporcional a la temperatura de Kelvin.

Los procesos isobáricos están regulados por la primera ley de la termodinámica. En estos procesos, el incremento de la energía es igual al incremento de la entalpía menos la presión multiplicada por el incremento de volumen: ΔE = ΔH - P·ΔV.

No confundir con los procesos isotérmicos, que se realizan a presión constante ni con los procesos adiabáticos, que no intercambia calor. En estos procesos sí que puede producirse un cambio de presión.

Ejemplos de procesos isobáricos

Para comprender mejor este proceso termodinámico nos ayudará ver un par de ejemplos.

  • Fase de expansión del cilindro de un motor.

  • Ebullición de agua en un recipiente abierto.

  • Calentamiento de un globo por efectos de la radiación solar.

Calentamiento del aire de un globo

Proceso isobárico. Definición y ejemplosEl cambio de volumen que experimenta un globo conforme los rayos del sol inciden sobre él es un ejemplo de proceso isobárico.

Al inicio de la mañana presenta cierta presión, volumen y temperatura, conforme se calienta el aire en su interior aumenta la presión, pero esta no varía debido al aumento de su volumen.

Fase de expansión del cilindro de un motor térmico

La expansión de aire en un cilindro con un pistón movible al que se suministra calor se realiza mediante un proceso isobárico.

El volumen aumentará de forma proporcional a su temperatura y la presión se mantendrá constante. Esto está de acuerdo con la ley de Charles.

Ebullición de agua en un recipiente abierto

Un ejemplo cotidiano de un proceso isobárico se presenta al hervir agua en un recipiente abierto. Al suministrar energía calorífica al agua, ésta sube de temperatura y se convierte en vapor.

El vapor que se obtiene tiene una temperatura superior y ocupa un mayor volumen, sin embargo, la presión se mantiene constante. Desde el inicio la presión es igual a la presión atmosférica.

Fórmulas relacionadas con el proceso isobárico

 

1-2 = P ( 2 - 1 )
1-2 = R ( 2 - 1 )
1-2 = p ( 2 - 1 )
1-2 = ( k / ( k -1)) P ( 2 - 1 )

 

En dónde,

  • W 1-2 el trabajo realizado por el cambio de estado

  • Q 1-2 la cantidad de calor suministrado o eliminado

  • P la presión

  • V el volumen

  • T la temperatura absoluta

  • n la cantidad de polvo (generalmente expresada en moles)

  • m la masa de la sustancia

  • c p el calor específico de la sustancia a presión constante

  • k es una razón igual al cociente del calor específico a presión constante y volumen constante, respectivamente

De la primera ecuación podemos observar que si el sistema se expande (ΔV es positivo), entonces el sistema hace un trabajo positivo. Por el contrario, si el incremento de volumen es negativo, el sistema se contrae y el trabajo es negativo.

    Autor:

    Fecha publicación: 24 de abril de 2018
    Última revisión: 24 de agosto de 2020