Toestandsverandering van gassen

Toestandsveranderingen van een gas kunnen van het ene punt naar het andere worden gevolgd in een p/V-diagram. Voor praktijkgevallen zijn drie assen voor de variabelen p, V en T vereist. Bij een toestandsverandering bewegen we langs een driedimensionale kromme op het oppervlak in de p-, V- en T-ruimte. Om dit te vereenvoudigen, kijken we meestal naar de projectie van de kromme in één van de drie vlakken. Dit is meestal het p/V-vlak. Er kunnen vijf verschillende toestandsveranderingen worden bekeken:

1. Isochoor proces (constant volume)
2. Isobaar proces (constante druk)
3. Isotherm proces (constante temperatuur)
4. Isentroop proces (zonder warmteuitwisseling met omgeving)
5. Polytroop proces (volledige warmteuitwisseling met omgeving)

Verwarming van een gas in een gesloten houder is een voorbeeld van het isochore proces bij constant volume.

Verwarming van een gas in een cilinder met een constante belasting op de zuiger is een voorbeeld van het isobare proces bij constante druk.

Als een gas in een cilinder isotherm wordt gecomprimeerd, moet een hoeveelheid warmte gelijk aan de uitgeoefende arbeid geleidelijk worden afgevoerd. Dit is onpraktisch, want een zodanig langzaam proces kan niet plaatsvinden.

Een isentroop proces vindt plaats als een gas wordt gecomprimeerd in een volledig geïsoleerde cilinder zonder enige warmteuitwisseling met de omgeving. Het kan ook plaatsvinden wanneer een gas zo snel door een spuitmond wordt geëxpandeerd dat er geen tijd is voor warmteuitwisseling met de omgeving.

Bij een isotherm proces vindt volledige warmteuitwisseling met de omgeving plaats, terwijl er bij het isotrope proces nauwelijks warmteuitwisseling is. In werkelijkheid vinden alle processen ergens tussen deze extremen plaats: het polytrope proces. De relatie voor een dergelijk proces is: