Un proceso isobárico es aquel en el cual se produce un cambio en el estado de la materia, pero sin que varíe la presión, aunque sí se modifican otras variables como el calor, trabajo y la energía interna del sistema.
Estos procesos se circunscriben a la ley de Charles, según la cual:
Si la masa de un gas ideal es fija y mantiene una presión constante, el volumen será directamente proporcional a la temperatura de Kelvin.
También la primera ley de la termodinámica regula a los procesos isobáricos, por lo cual el incremento de energía es igual al aumento de entalpía menos el producto de la presión por el aumento de volumen, dicho de otro modo: ΔE = ΔH – P·ΔV.
No deben confundirse estos procesos isobáricos con los procesos isotérmicos que mantienen constante la presión, ni con los adiabáticos en los cuales no se intercambia calor, ya que en ambos casos puede haber modificaciones de la presión. De ambos procesos hemos hablado en otros artículos.
Ejemplos de procesos isobáricos
Para que quede más claro el concepto veremos 3 ejemplos de procesos isobáricos: la fase de expansión del cilindro de un motor; la ebullición de agua en un recipiente abierto; y el calentamiento de un globo por radiación solar.
- Fase de expansión del cilindro de un motor térmico: en este caso, se genera un proceso isobárico para suministrar el calor necesario para expandir el aire de un cilindro con pistón móvil. Así se incrementará el volumen de manera proporcional a la temperatura del aire, pero la presión seguirá constante de acuerdo a la ley de Charles.
- Ebullición de agua en un recipiente abierto: se trata del ejemplo más cotidiano de procesos isobáricos. Cuando hervimos agua en una olla destapada, la energía calórica que le insuflamos al agua la hace aumentar de temperatura hasta convertirla en vapor. Este vapor es más caliente y ocupa mayor volumen, pero la presión siempre conserva el valor de la presión atmosférica.
- Calentamiento de un globo por acción del sol: pensemos en un globo dejado al aire libre, a medida que el sol incide sobre él, aumentará la temperatura del aire dentro de él y también aumenta la presión de dicho aire pero, debido al aumento de volumen, no existe una variación real de la presión.
Fórmulas relacionadas con el proceso isobárico
Veamos las fórmulas más importantes para calcular estos procesos:
- W 1-2 = P (V 2 – V 1)
- W 1-2 = n R (T 2 – T 1)
- Q 1-2 = m c p (T 2 – T 1)
- Q 1-2 = (k / (k -1)) P (V 2 – V 1)
Para entenderlas diremos que:
- W 1-2 es el trabajo que se produce por el cambio de estado
- Q 1-2 es la cantidad de calor recibido o expulsado
- P representa la presión
- V es el volumen
- T significa la temperatura absoluta
- n se usa para expresar la cantidad de polvo (la cual es expresada en moles)
- m es la masa de la sustancia
- c p representa al calor específico de la sustancia a una presión constante
- k es una razón que es igual al cociente del calor específico a presión constante y volumen constante
De la primera ecuación podemos deducir que si el sistema se expande (esto se lee cuando ΔV es positivo), podemos decir que el sistema hace un trabajo positivo. Por el contrario, si cuando se da un crecimiento negativo de volumen, esto hace que el sistema se contraiga y por lo tanto diremos el trabajo es negativo.
