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Un processus isobare est un processus thermodynamique dans lequel la pression reste constante. On l’obtient généralement en laissant le volume se dilater ou se contracter de manière à neutraliser les changements de pression qui seraient causés par le transfert de chaleur.
Le terme isobarique vient du grec iso, qui signifie égal, et baros, qui signifie poids.
Dans un processus isobare, il y a généralement des changements énergétiques internes. Le travail est effectué par le système, et la chaleur est transférée, de sorte qu’aucune des quantités de la première loi de la thermodynamique ne se réduit facilement à zéro. Cependant, le travail à une pression constante peut être assez facilement calculé avec l’équation :
W = p * Δ V
Puisque W est le travail, p la pression (toujours positive) et ΔV le changement de volume, nous pouvons voir qu’il y a deux résultats possibles à un processus isobare :
- Si le système s’étend (ΔV est positif), alors le système fonctionne de manière positive (et vice versa).
- Si le système se contracte (ΔV est négatif), alors le système fait un travail négatif (et vice versa).
Exemples de processus isobares
Si vous avez un cylindre avec un piston lesté et que vous chauffez le gaz qui s’y trouve, celui-ci se dilate en raison de l’augmentation de l’énergie. Ceci est conforme à la loi de Charles – le volume d’un gaz est proportionnel à sa température. Le piston lesté maintient la pression constante. Vous pouvez calculer la quantité de travail effectuée en connaissant le changement de volume du gaz et la pression. Le piston est déplacé par le changement de volume du gaz alors que la pression reste constante.
Si le piston était fixe et ne bougeait pas lorsque le gaz était chauffé, la pression augmenterait plutôt que le volume du gaz. Ce ne serait pas un processus isobare, car la pression n’est pas constante. Le gaz ne pouvait pas produire de travail pour déplacer le piston.
Si vous retirez la source de chaleur du cylindre ou même si vous le placez dans un congélateur pour qu’il perde de la chaleur dans l’environnement, le gaz rétrécit en volume et entraîne le piston lesté vers le bas avec lui, car il maintient une pression constante. C’est un travail négatif, le système se contracte.
Processus isobarique et diagrammes de phases
Dans un diagramme de phase, un processus isobare apparaîtrait comme une ligne horizontale, puisqu’il se déroule sous une pression constante. Ce diagramme vous montrerait à quelles températures une substance est solide, liquide ou vapeur pour une gamme de pressions atmosphériques.
Procédés thermodynamiques
Dans les processus thermodynamiques, un système subit un changement d’énergie et cela entraîne des modifications de la pression, du volume, de l’énergie interne, de la température ou du transfert de chaleur. Dans les processus naturels, plusieurs de ces types sont souvent à l’œuvre en même temps. De plus, dans les systèmes naturels, la plupart de ces processus ont une direction préférentielle et ne sont pas facilement réversibles.
