Muutosprosessi vakiopaineessa
Muutetaan koeasetelmaa siten, että kaasun täyttämä tilavuus voi muuttua, mutta paine pysyy vakiona. Alla olevan videon koejärjestelyssä kaasusäiliönä toimii vesiastiassa oleva koeputki, joka on yhdistetty letkulla ylösalaisin olevaan mittalasiin. Kaasu täyttää tilan, joka koostuu koeputkesta, letkusta ja mittalasin vedenpinnan yläpuolisesta osasta. Kaasun tilavuus mittalasissa voi muuttua. Tilavuuden muutos nähdään vedenpinnan nousuna tai laskuna. Muutos voidaan lukea mittalasin asteikosta.
Kaasun paine pysyy vakiona, koska mittalasissa olevaa vettä painaa lasin ulkopuolelta mittalasiin likimäärin vakiopaine (ilmanpaine + veden hydrostaattinen paine). Vettä täytyy painaa mittalasista ulos yhtä suurella paineella. Muuten vettä liikkuu mittalasiin tai sieltä pois. Veden pinta asettuu siten aina sellaiselle korkeudelle, että paine mittalasissa pysyy ennallaan. Koejärjestelyssä saadaan selvitettyä kaasun tilavuuden riippuvuus lämpötilasta tilanteessa, jossa paine on vakio. Vakiopaineessa tapahtuvaa tilanmuutosta kutsutaan isobaariseksi prosessiksi.
Mittaustulokset:
muutosprosessi_vakiopaineessa.ods
muutosprosessi_vakiopaineessa.cmbl
muutosprosessi_vakiopaineessa.cap
Mittauksen perusteella kaasun tilavuus riippuu lämpötilasta lineaarisesti. Tarkasti toteutettuna mittauksesta saataisiin alla oleva (T, V) -kuvaaja koordinaatistossa, jossa lämpötilan yksikkönä on kelvin.
Pistejoukko muodostaa suoran. Koska suora kulkee origon kautta, lämpötila ja paine ovat suoraan verrannolliset. Kuvaajasta saatava matemaattinen malli voidaan kirjoittaa muotoon
[[$ \quad V=\text{vakio}\cdot T\quad\text{ eli }\quad\dfrac{V}{T}=\text{vakio} $]].
Vakiopaineessa tapahtuvassa tilanmuutoksessa kaasun lämpötilan kaksinkertaistuessa myös kaasun tilavuus kaksinkertaistuu. Suoraan verrannollisuus pätee vain, jos lämpötilan yksikkönä on kelvin.
Suoraan verrannollisuuden kautta voidaan määrittää suureiden arvot isobaarisessa tilanmuutoksessa. Merkitään alaindeksillä 1 suureita ennen muutosprosessia [[$(V_1, \, T_1)$]] ja alaindeksillä 2 muutoksen jälkeen [[$(V_2,\, T_2)$]].
Animaatio on muokattu lähteestä The Concord Consortium (http://concord.org).
Koska tilavuuden ja lämpötilan suhde on vakio, alku- ja lopputilan välille muodostuu yhtälö
[[$ \quad \dfrac{V_1}{T_1}=\dfrac{V_2}{T_2}.$]]
Kaasun tilanmuutos vakiopaineessa eli isobaarinen prosessi
Suljetun systeemin paineen [[$(p)$]] ollessa vakio kaasun tilavuuden [[$(V)$]] ja lämpötilan [[$(T)$]] suhde on vakio, kun lämpötila on yksikössä kelvin.
[[$ \quad \dfrac{V}{T}=\text{vakio} $]]
Isobaarisessa prosessissa alkutilan 1 ja lopputilan 2 välillä on siten yhteys
[[$\quad \dfrac{V_1}{T_1}=\dfrac{V_2}{T_2}.$]]
