Transformation isobare (ou processus isobare)

Une transformation isobare (ou processus isobare) est une transformation qui a lieu à pression constante (p = cte). Ce type de transformation se produit lorsque le système thermodynamique (dans ce cas un gaz parfait) se trouve dans un récipient muni d’une paroi mobile afin que la pression ne change pas.

Nous utiliserons le critère de Clausius pour exprimer le premier principe de la Thermodynamique:

Où W est le travail fourni par le système sur le milieu extérieur.

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Supposons que n moles d’un gaz parfait soient contenues dans un récipient muni d’une paroi mobile (un piston par exemple) comme celui qui est représenté dans la figure ci-dessous:

Observez qu’il y a un poids sur la paroi mobile. De cette façon, lorsque de la chaleur est fournie au gaz, le processus qu’il subira se déroulera à pression constante.

Si l’on fourni une certaine quantité de chaleur au gaz, sa température augmentera, car la chaleur qu’il absorbe est proportionnelle à l’augmentation de sa température. La chaleur absorbée par le gaz est donnée par:

Où Cp es la capacité thermique molaire à pression constante d’un gaz parfait.

Nous pouvons représenter la transformation isobare dans un diagramme PV:

Le travail fourni par le gaz durant la transformation AB est donné par:

Observez que ce travail est positif, car le gaz se dilate en passant de l’état A à l’état B.

Ce travail correspond à la zone hachurée en bleu dans le diagramme PV. L’expression du travail dans l’expression précédente est celle de ce rectangle.

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Une fois calculés le travail et la chaleur échangés par le gaz parfait dans cette transformation isobare, nous pouvons utiliser le premier principe de la Thermodynamique pour déterminer la variation de l’énergie interne que subit le gaz:

En utilisant l’équation d’état d’un gaz parfait et la relation de Mayer on obtient:

Ce qui est bien le résultat attendu car l’énergie interne est une fonction d’état et sa variation est toujours décrite par la même expression, indépendamment de la transformation que subit le gaz.

Dans la transformation représentée dans la figure, l’énergie interne du gaz augmente.

Si le gaz parfait subissait une compression, la chaleur, le travail et la variation de l’énergie interne se calculeraient avec les mêmes expressions déduites dans cette page, et ces trois grandeurs seraient négatives.

Vous trouverez comment calculer le travail, la chaleur et la variation de l’énergie interne pour les différentes transformations réversibles d’un gaz parfait à partir des liens suivants:

Cette page Transformation isobare (ou processus isobare) a été initialement publiée sur YouPhysics