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.
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Themen und Stichworte zu diesem Modul:Isobarer Prozess - Isobare Zustandsänderung - Volumen - Druck - Konstanter Druck - Temperatur - Innere Energie - Isobar - Wärme - Energie - Gasmasse - Wärmeenergie - Kompression - Expansion - Arbeit - Volumenänderung - Volumenänderungsarbeit - Diagramm - vT-Diagramm - pV-Diagramm - pV Diagramm - Volumen Temperatur Diagramm - Wärmekapazität - Formel - Einheit - Zustandsgleichung - Graph - Formelzeichen - Physikalische Formeln - Physikalische Formel - Erwärmung - Entropieänderung - Innere Energie - Definition - Prozess - Physik - Physikalisch - Was - Wie - Weshalb - Was ist - Warum - Erklärung - Beschreibung - Rechner - Beispiel - Prozesse - Verändern - Veränderung - Ändern - Änderung - Animation - Simulation - Vorgang - Vorgänge - Berechnen - Formeln - Formelzeichen - Bild - Grafik - Gleichung - Berechnung - Darstellen - Grafische Darstellung |
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Isobare Zustandsänderung
Modul Isobare Zustandsänderung
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. Es 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]
cp: Spezifische Wärmekapazität bei konstantem Druck [J/(kgK)]
cv: Spezifische Wärmekapazität bei konstantem Volumen [J/(kgK)]
W: Verrichtete Arbeit [J]
Q: Wärmeenergie [J]
ΔU: Änderung der inneren Energie [J]
m: Gasmasse [kg]
Die folgende Grafik stellt das pv-Diagramm einer isobaren Zustandsänderung dar.
Programmbedienung
Durch die Positionierung des Schiebereglers p kann der Druck eingestellt werden. Nach der Bedienung der Schaltfläche Start wird das V(T)-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.
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. 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 |
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.
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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
Physik interaktiv
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Es eignet sich insbesondere dafür, um interaktive grafische Untersuchungen sowie numerische Berechnungen zu entsprechenden Fachthemen durchführen zu lassen. Mehr als 300 verschiedene Unterprogramme decken die mathematischen Themenbereiche Analysis, Geometrie, Trigonometrie, Algebra, Stochastik, 3D-Mathematik und Vektoralgebra großflächig ab.
Durch die Nutzbarkeit vieler implementierter grafischer Features bestehen vielseitige gestaltungstechnische Möglichkeiten, ausgegebene Grafiken in entsprechenden Unterprogrammen auf individuelle Anforderungen anzupassen. Durch die freie Veränderbarkeit von Parametern und Koordinatenwerten bei der Ausgabe grafischer Darstellungen, besteht in vielen Modulen zudem die Möglichkeit, Veränderungen an dargestellten Gebilden und Zusammenhängen manuell oder durch die Verwendung automatisch ablaufender Simulationsprozesse in Echtzeit zu steuern und zu analysieren.
Es verfügt über eine umfangreiche Programmhilfe mit ca. 1600 Seiten.
Eine Übersicht aller in MathProf 5.0 zur Verfügung stehender Programmteile finden Sie im MathProf - Inhaltsverzeichnis, oder durch einen Klick auf die nachfolgend dargestellte Schaltfläche.
- Kurzinfos zum Themengebiet Analysis
- Kurzinfos zum Themengebiet Geometrie
- Kurzinfos zum Themengebiet Algebra
- Kurzinfos zum Themengebiet 3D-Mathematik
- Kurzinfos zum Themengebiet Stochastik
- Kurzinfos zum Themengebiet Vektoralgebra
- Kurzinfos zum Themengebiet Trigonometrie
- Kurzinfos zu sonstigen Themengebieten
Visualisierung und Simulation interaktiv
SimPlot 1.0 ist eine Anwendung, welche es unter anderem durch interaktiv erstellbare Präsentationen ermöglicht, sich Sachverhalte aus vielen technischen, wissenschaftlichen und anderen Bereichen grafisch darstellen und diese multifunktional sowohl statisch, wie auch in Form bewegter Grafiken ausgeben zu lassen. Das Programm erlaubt die Erstellung von Gebilden mit zweidimensionalen grafischen Objekten, welche als geometrische Figuren und Bilder zur Verfügung stehen.
Es bietet zudem die Möglichkeit, Zusammenhänge im Bereich der Planimetrie auf einfache Weise interaktiv zu analysieren. Unter anderem wird es ermöglicht, mit erzeugten Gebilden geometrische Transformationen durchzuführen und diesen automatisch ablaufende Bewegungs- und Verformungsprozesse zuzuweisen.
SimPlot kann sowohl zur Erstellung von Infografiken, zur dynamischen Datenvisualisierung, zur Auswertung technisch-wissenschaftlicher Zusammenhänge sowie zur Erzeugung bewegter Bilder für verschiedenste Anwendungsbereiche eingesetzt werden. Neben der Bereitstellung vieler mathematischer Hilfsmittel und zusätzlicher Unterprogramme erlaubt es auch die Einblendung von Hilfslinien zur Echtzeit, welche dienlich sind, um sich relevante Sachverhalte und Zusammenhänge unmittelbar begreiflich zu machen.
Dieses Programm verfügt über eine umfangreiche Programmhilfe mit ca. 900 Seiten.
Nachfolgend finden Sie ein Video zu einer mit SimPlot 1.0 erstellten Animationsgrafik, welches Sie durch die Ausführung eines Klicks auf die nachfolgend gezeigte Grafik abspielen lassen können.
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