Transformacja izobaryczna. Przemiana izobaryczna gazów

Przekształcenie izobaryczne zachodzi, gdy gaz jest pod stałym ciśnieniem. Na przykład, jeśli zostanie wykonana w otwartym środowisku, transformacja będzie izobaryczna, ponieważ ciśnienie będzie ciśnieniem atmosferycznym, które się nie zmieni.

W takim przypadku temperatura i objętość są różne. Dwóch czołowych naukowców badało, w jaki sposób zachodzi ta zmienność w przemianach izobarycznych. Pierwszym, który zrelacjonował objętość i temperaturę gazów był Jacques Charles (1746-1823), w 1787 r., a następnie, w 1802 r., Joseph Gay-Lussac (1778-1850) określił ilościowo tę zależność.

W ten sposób pojawiło się prawo wyjaśniające izobaryczne przemiany gazów, które stało się znane jako prawo Charlesa/Gay-Lussaca. Stwierdza się w następujący sposób:

„W systemie o stałym ciśnieniu objętość stałej masy gazu jest wprost proporcjonalna do temperatury”.

Oznacza to, że jeśli podwoimy temperaturę, podwoi się również objętość zajmowana przez gaz. Z drugiej strony, jeśli zmniejszymy temperaturę, objętość gazu również zmniejszy się w tej samej proporcji.

Widać to w bardzo prostym eksperymencie. Jeśli umieścimy balon w szyjce butelki, uwięziona zostanie stała masa powietrza. Jeśli zanurzymy tę butelkę w misce z lodowatą wodą, balon opróżni się. Teraz, jeśli włożymy go do miski z gorącą wodą, balon się napełni.

Dzieje się tak, ponieważ wraz ze wzrostem temperatury wzrasta energia kinetyczna cząsteczek gazu, a także prędkość, z jaką się poruszają. W ten sposób gaz rozszerza się, zwiększając objętość, którą zajmuje, a balon napełnia się. Odwrotnie dzieje się, gdy obniżamy temperaturę, umieszczając ją w zimnej wodzie.

Ta zależność między temperaturą a objętością w przemianach izobarycznych jest dana następującą zależnością:

V = k
T

„k” jest stałą, jak widać na poniższym wykresie:

Zauważ, że stosunek V/T zawsze daje stałą:

_V_ =_2V_ = _4V_
100 200 400

W ten sposób możemy ustalić następującą zależność dla przekształceń izobarycznych:

V_Inicjał = V_Finał
T_Inicjał  T_Finał

Oznacza to, że gdy nastąpi jakakolwiek zmiana temperatury gazu przy stałym ciśnieniu, za pomocą tego matematycznego wyrażenia możemy obliczyć jego objętość. Prawdą jest również odwrotnie, znając objętość gazu, dowiadujemy się, w jakiej jest temperaturze. Zobacz przykład:

„Gazowa masa zajmuje objętość 800 cm³ w -23°C, pod danym ciśnieniem. Jaka jest temperatura rejestrowana, gdy masa gazowa przy tym samym ciśnieniu zajmuje objętość 1,6 l?”

Rozkład:

Dane:

V_Inicjał = 800 cm³
T_Inicjał = -23 ºC, dodając do 273 mamy 250 K (kelwinów)
V_Finał = 1,6 litra
T_Finał = ?

* Najpierw musimy pozostawić głośność na tej samej jednostce. Wiadomo, że 1 dm³ wynosi 1 litr. jak 1 dm³ to tyle samo co 1000 cm³okazuje się, że 1 litr = 1 000 cm³:

1L 1000 cm³
x 800 cm³
x = 0,8 l

* Teraz zastępujemy wartości formuły i znajdujemy ostateczną wartość temperatury:

V_Inicjał = V_Finał
T_Inicjał  T_Finał
0,8_ = 1,6
250 tys_Finał
0,8 T_Finał = 250. 1,6
T_Finał = 400
0,8
T_Finał = 500K

* Przechodząc do skali Celsjusza, mamy:

T (K) = T (°C) + 273
500 = T (°C) + 273
T (°C) = 500 - 273

T (°C) = 227°C

Jennifer Fogaça
Absolwent chemii

Źródło: Brazylia Szkoła - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/transformacao-isobarica.htm