PhysProf - Isobare Zustandsänderung - Isobar - Wärme - Gas - Arbeit

Fachthema: Isobare Zustandsänderung

PhysProf - Thermodynamik - Ein Programm zur Visualisierung physikalischer Sachverhalte mittels Simulationen und 2D-Computeranimationen für die Schule, das Abitur, das Studium sowie für Lehrer, Ingenieure und alle die sich für Physik interessieren.

Online-Hilfe für das Modul
zur grafischen Darstellung und Untersuchung des Prozessablaufs bei isobaren Zustandsänderungen.

Dieses Teilprogramm ermöglicht die Durchführung interaktiver Analysen zu diesem Fachthema sowie eine Untersuchung der entsprechenden physikalischen Sachverhalte.

Es unterstützt dabei ein tiefergehendes Verständnis zu diesem Themengebiet zu erlangen und kann zum Lösen vieler diesbezüglich relevanter Aufgaben eingesetzt werden.

 

Themen und Stichworte zu diesem Modul: Isobarer Prozess - Isobare Zustandsänderung - Volumen - Druck - Temperatur - Isobar - Wärme - Energie - Gasmasse - Wärmeenergie - Kompression - Expansion - Arbeit - Diagramm - vT-Diagramm - pT-Diagramm - Wärmekapazität - Formel - Einheit - Zustandsgleichung - Graph - Formelzeichen - Physikalische Formeln - Physikalische Formel - Erwärmung - Entropieänderung - Definition - Prozess - Physik - Physikalisch - Herleitung - Beweis - Was - Wie - Weshalb - Was ist - Warum - Bedeutung - Was bedeutet - Arbeitsblatt - Arbeitsblätter - Unterrichtsmaterial - Unterrichtsmaterialien - Lernen - Aufgaben - Erklärung - Einfach erklärt - Begriff - Begriffe - Beschreibung - Einführung - Grundlagen - Rechner - Beispiel - Prozesse - Verändern - Veränderung - Ändern - Änderung - Animation - Simulation - Vorgang - Vorgänge - Berechnen - Formeln - Bild - Grafik - Gleichung - Berechnung - Darstellen - Grafische Darstellung

   

Modul Isobare Zustandsänderung

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Das Unterprogramm [Thermodynamik] - [Isobare Zustandsänderung] demonstriert den Prozessablauf einer isobaren Zustandsänderung bei einem realen Gas.
 

Isobare Zustandsänderung - Abbildung 1
 

Isobare Zustandsänderung - Abbildung 2
 

Die isobare Zustandsänderung bezeichnet die Zustandsänderung eines Gases, bei welcher der Druck im System konstant bleibt. Eine derartige Zustandsänderung wird auch als isobarer Prozess bezeichnet. Hierbei gilt:
 

 

Nach dem Gesetz von Gay-Lussac und der Zustandsgleichung eines idealen Gases gilt:
 

Für die Wärmeenergie gilt:
 

Für die verrichtete Arbeit gilt:
 

Für die Änderung der inneren Energie gilt:
 

Hierbei sind:

V₁: Volumen im Anfangszustand [m³]

V₂: Volumen im Endzustand [m³]

T₁: Temperatur im Anfangszustand [K]

T₂: Temperatur im Endzustand [K]

p: Konstanter Druck des Gases [Pa]

Δp: Druckänderung [Pa]

ΔT: Temperaturänderung [K]

ΔV: Volumenänderung [m³]

c_p: Spezifische Wärmekapazität bei konstantem Druck [J/(kgK)]

c_v: Spezifische Wärmekapazität bei konstantem Volumen [J/(kgK)]

W: Verrichtete Arbeit [J]

Q: Wärmeenergie [J]

ΔU: Änderung der inneren Energie [J]

m: Gasmasse [kg]
 

Bei einer isobaren Expansion steigt die Temperatur, die innere Energie nimmt zu und das Gas verrichtet positive Arbeit. Bei einer isobaren Kompression hingegen nehmen Temperatur und die innere Energie des Gases ab. Die Arbeit des Gases ist negativ. Bei der Expansion nimmt das Gas Wärme auf, bei einer Kompression hingegen gibt es Wärme ab.

Die nachfolgend gezeigte Grafik stellt das pv-Diagramm einer isobaren Zustandsänderung dar.
 
 
 

Programmbedienung

 
In diesem Unterprogramm kann durch die Positionierung des Schiebereglers p der Druck eingestellt werden. Nach der Bedienung der Schaltfläche Start wird das VT-Diagramm für einen isobaren Prozess gezeichnet. Am dargestellten Energiediagramm werden die Änderung der inneren Energie ΔU, die dem System zugeführte Wärmeenergie Q und die am System verrichtete Arbeit W ausgegeben.

 Mit Hilfe des Schalters Urzustand versetzen Sie die Darstellung wieder in den Anfangszustand.
  

Übersicht - Formeln

 
Die nachfolgende Tabelle zeigt Formeln, die bei einer isobaren Zustandsänderung Gültigkeit haben.
 

Bedingung	Δp = 0  dp = 0
1. Hauptsatz	W + Q = ΔU  dW + dQ = dU
Druck, Volumen,    Temperatur p,V,T
Wärmeenergie	Q = cpm ΔT   dQ = cpm dT
Arbeit	W = -p ΔV = -mRT ΔV  dw = -p dV
Entropieänderung	ΔS = cpm ln(V2/V1)  ΔS = cpm ln(T2/T1)
Änderung innerer Energie	ΔU = cvm ΔT   dU = cvm dT

  

 
Mit Hilfe dieses Programms lassen sich unter anderem Grafiken für Arbeitsblätter zur nichtkommerziellen Nutzung für Unterrichtszwecke erstellen. Beachten Sie hierbei jedoch, dass jede Art gewerblicher Nutzung dieser Grafiken und Texte untersagt ist und dass Sie zur Verfielfältigung hiermit erstellter Arbeitsblätter und Unterrichtsmaterialien eine schriftliche Genehmigung des Autors (unseres Unternehmens) benötigen.

Diese kann von einem registrierten Kunden, der im Besitz einer gültigen Softwarelizenz für das entsprechende Programm ist, bei Bedarf unter der ausdrücklichen Schilderung des beabsichtigten Verfielfältigungszwecks sowie der Angabe der Anzahl zu verfielfältigender Exemplare für das entsprechende Arbeitsblatt unter der auf der Impressum-Seite dieses Angebots angegebenen Email-Adresse eingeholt werden. Es gelten unsere AGB.
 

   
Dieses Programm eignet sich neben seinem Einsatz als Berechnungs- bzw. Animationsprogramm zudem zum Lernen, zur Aneignung entsprechenden Fachwissens, zum Verstehen sowie zum Lösen verschiedener Aufgaben zum behandelten Fachthema. Durch seine einfache interaktive Handhabbarkeit bietet es die auch Möglichkeit der Durchführung unterschiedlicher Untersuchungen hierzu. Des Weiteren eignet es sich beim Üben dazu, um das Erlernte hinsichtlich praktizierter Übungen bzw. bearbeiteter Übungsaufgaben zu überprüfen und hierzu erworbenes Wissen festigen zu können.

Es kann sowohl zur Einführung in das entsprechende Fachthemengebiet, wie auch zur Erweiterung des bereits hierzu erlangten Fachwissens sowie als Unterstützung bei der Bearbeitung von Anwendungsaufgaben genutzt werden.
 
Mittels der anschaulichen Gestaltung und einfachen Bedienbarbarkeit einzelner Module dieser Software können Fragen zum entsprechenden Themengebiet, die mit den Worten Was ist?, Was sind?, Wie?, Wieviel?, Was bedeutet?, Weshalb?, Warum? beginnen beantwortet werden.

Eine Herleitung dient dazu, zu erklären, weshalb es zu einer Aussage kommt. Derartige Folgerungen sind unter anderem dazu nützlich, um zu verstehen, weshalb eine Formel bzw. Funktion Verwendung finden kann. Dieses Modul kann auch in diesem Fall hilfreich sein und ermöglicht es durch dessen Nutzung oftmals, einer entsprechenden Herleitung bzw. einem mathematischen Beweis zu folgen, oder einen Begriff zum entsprechenden Fachthema zu erklären.

Bei Fragen deren Wörter Welche?, Welcher?, Welches?, Wodurch? bzw. Wie rechnet man? oder Wie berechnet man? sind, können zugrunde liegende Sachverhalte oftmals einfach erklärt und nachvollzogen werden. Auch liefert diese Applikation zu vielen fachthemenbezogenen Problemen eine Antwort und stellt eine diesbezüglich verständliche Beschreibung bzw. Erklärung bereit.
 

Eine kleine Übersicht in Form von Bildern und kurzen Beschreibungen über einige zu den einzelnen Fachthemengebieten dieses Programms implementierte Unterprogramme finden Sie unter Kurzbeschreibungen von Modulen zum Themengebiet Mechanik - Kurzbeschreibungen von Modulen zum Themengebiet Elektrotechnik - Kurzbeschreibungen von Modulen zum Themengebiet Optik - Kurzinfos zum Themengebiet Thermodynamik sowie unter Kurzbeschreibungen von Modulen zu sonstigen Themengebieten.

 

 

Hilfreiche Informationen zu diesem Fachthema sind unter Wikipedia - Isobare Zustandsänderung zu finden.
 

 

Nachfolgend finden Sie ein Video zu diesem Fachthema, welches Sie durch die Ausführung eines Klicks
auf die nachfolgend gezeigte Grafik abspielen lassen können.

 

Isochore Zustandsänderung - Isotherme Zustandsänderung - Adiabatische Zustandsänderung - Carnotscher Kreisprozess - Aggregatzustände - Mischungsregel - Reales Gas - Molekülgeschwindigkeit
 

 

 Unterprogramm Isobare Zustandsänderung
 

 

PhysProf 1.1 - Unterprogramm RLC-Kreis
 

MathProf 5.0 - Unterprogramm Kurven in Parameterform
 

SimPlot 1.0 - Grafik-  und Animationsprogramm für unterschiedlichste Anwendungszwecke

 

 

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