Procesul adiabatic

In termodinamica, un procesul este o trasformare care se petrece intr-un sistem ce nu efectueaza schimb de caldura cu exteriorul. In general, un process care se petrece destul de repede fata de viteza cu care are loc schimbul de caldura, poate fi considerat adiabatic, chiar daca izolarea termica de mediul exterior nu este perfecta. Ecua ia transformării adiabatice[modificare sursă]ț

Transformarea adiabatică a gazului ideal poate fi descrisă de ecua ia:ț

unde P este presiunea, V este volumul unui mol (volumul molar), iar:

fiind căldura specifică la presiune constantă, fiind căldura specifică la volum constant, iar este a a-numitul indice adiabatic.γ ș

reprezintă numărul gradelor de libertate ale gazului împăr it la 2,ț adică 3/2 pentru gaze monoatomice i 5/2 pentru diatomice.ș

Curba ce reprezintă varia ia presiunii în func ie de volum pentruț ț transformarea adiabatică se nume te adiabată.ș

Transformarea adiabaticăDacă se neglijează schimbul de căldură între agentul de lucru şi mediul exterior, destindereaaburului în turbine sau în motoare cu piston se poate considera transformare adiabatică. Dacă este şireversibilă rezultă că entropia rămâne constantă.Lucrul mecanic tehnic pe care-l poate efectua aburul care se destinde adiabatic în organulmotor rezultă din:q di vdp di lt , q 0 , lt di l t i i1 i 2Numim transformare adiabatică transformarea pe parcursul căreia numărul de moli nu se modifică şi sistemul nu schimbă energie sub formă de căldură cu mediul Transferul de energie sub formă de căldură poate fi limitat prin izolare termică a sistemului faţă de mediul său.Numim perete adiabatic un perete care nu permite transferul de energie sub formă de căldură.Un perete gros, confecţionat dintr−un material slab conductor termic şi care reflectă radiaţia termică este o bună aproximaţie de perete adiabatic. Un termos este o incintă aproape adiabatică.Izolarea termică nu este niciodată perfectă, însă transferul de energie sub formă de căldură durează − ceaiul fierbinte dintr−un termos ajunge în echilibru termic cu mediul său după mai multe ore. Cantitatea de căldură schimbată cu mediul într−o singură secundă

este neglijabilă. Oricare proces rapid din interiorul termosului are loc aproape fără schimb de căldură! Procesele rapide sunt aproape adiabatice. Datorită faptului că exponentul adiabatic este supraunitar (Cp/CV), la o variaţie dată a volumului corespunde o variaţie a presiunii mai mare decât în cazul unei transformări izoterme. În coordonate p−V, reprezentarea grafică a unei transformări adiabatice nu mai este o hiperbolă Energia internă a unui sistem termodinamic se poate modifica datorităprezenţei unor interacţiuni între sistem şi mediul exterior. De exemplu, în cazul uneiinteracţiuni mecanice între un sistem închis (şi adiabatic) şi mediul exterior se poatemodifica energia internă a gazului prin comprimare sau prin destindere.

Transformarea adiabatică (fără schimb de căldură cu mediul exterior, Q = 0)Ecuaţia adiabatei:Din (3.9) şi (3.10) Q dU p dV m cvdT pdV 0Q dI V dp mcpdT V dp 0v (:)pm c dT p dVm c dT V dpp dVk V dpcc vp k p dV V dp : (pV) kdV /Vdp / pPrin integrare k ln V ln pconst . ln Vk ln p const . ln pVk const .p Vk = const. ecuaţia adiabatei (se justifică denumirea lui k=cp/cv de exponent adiabatic)Relaţia între T şi V este T Vk-1 = const.Pe de altă parte, un proces care implică transferul de căldură (plus sau pierderea de căldură în mediul înconjurător) este, în general, numit diabatice. Deși termenii adiabatice și isocaloric pot fi schimbate adesea, procese adiabatice poate fi considerat un subset de procese isocaloric; subgrupul complement restul de procese isocaloric fiind procese în care transferul net de energie termică nu se abat de la nivel regional, cum ar fi într-un caz idealizat cu medii de conductivitate termică infinit sau capacitate termică inexistente. Într-un proces ireversibil adiabatic, dQ = 0 nu este egal cu TDS (TDS> 0). dQ = TDS = 0 are doar procese reversibile. De exemplu, o limită adiabatică

este o limită care este impermeabilă la transferul de căldură și sistemul este declarat a fi adiabatic (sau termic) izolate; un perete izolat aproximează o limită adiabatic. Un alt exemplu este temperatura flăcării adiabatice, care este temperatura care ar fi obținut printr-o flacără în absența pierderilor de căldură în mediul înconjurător. Un proces adiabatic, care este reversibil este, de asemenea, numit un proces isentropic. În plus, un proces adiabatic, care este ireversibil și extracte de nici o lucrare este într-un proces isenthalpic, cum ar fi trageți vâscos, progresează spre o schimbare nenegativă în entropie.Un extrema opusă-permițând transferul de căldură cu mediul înconjurător, determinând temperatura să rămână constantă este cunoscut ca un proces izoterm. Deoarece temperatura este termodinamic conjugat la creșterea entropiei, procesul izoterm este conjugat cu procesul adiabatic pentru transformări reversibile. O transformare a unui sistem termodinamic poate fi considerat adiabatic atunci când este suficient de rapid încât nu se produce căldură semnificativă este transferată între sistem și exterior. La cealaltă extremă, o transformare a unui sistem termodinamic poate fi considerată izotermă dacă acesta este suficient de lent, astfel încât temperatura sistemului rămâne constant prin schimb de caldura cu exteriorulProcese adiabatice sunt definite în primul rând și exact pentru un sistem controlat de ziduri, care sunt complet izolante termic și impermeabil la contează; aceste ziduri se spune că sunt adiabatic. Un transfer adiabatic este un transfer de energie ca munca pe un perete adiabatic sau sector de o limită. Aproximativ, de transfer poate fi considerată adiabatică dacă se întâmplă într-un timp extrem de scurt, astfel încât nu există nici o posibilitate de schimb de căldură semnificativ. Temperatura flăcării adiabatice este o mărime virtuală. Aceasta este temperatura care ar fi obținut printr-o flacără în absența pierderilor de căldură în mediul înconjurător. Pentru un transfer adiabatic de energie ca munca, notația Q = 0 indică faptul că nici o energie este transferata sub forma de caldura de alta a frontierei adiabatic saperete.Un proces adiabatic natural este ireversibil și nu este isentropic. Transferul adiabatică de energie ca munca poate fi analizată în două feluri componente extreme. Un tip extrem este fără frecare sau de disipare vâscoasă în cadrul sistemului, iar acest lucru

este, de obicei sub presiune-volum, notat în mod obișnuit de către P dV. Acesta este un ideal care nu se produce neînsoțit în natură. Acesta poate fi privit ca "reversibil". Alt tip extremă este munca izocoră, pentru care dV = 0, numai prin frecare sau de disipare vâscoasă în cadrul sistemului. Lucru izocoră este ireversibil. A doua lege a termodinamicii observă că un proces natural de transfer de energie de muncă, considerat exact, constă întotdeauna puțin de lucru izocoră la și de multe ori de ambele tipuri extreme de lucru. Fiecare proces natural, adiabatic sau nu, considerat exact, este ireversibil, cu ΔS> 0, oricât de mică ar putea fi frecare sau vâscozitatea.Schimbări adiabatice de temperatură apar ca urmare a schimbărilor de presiune a unui gaz în timp ce nu adăugarea sau scăderea orice căldură. In contrast, liber de expansiune este un proces izoterma de un gaz ideal.Căldură adiabatică se produce atunci când presiunea unui gaz este crescut din serviciile efectuate pe ea prin împrejurimile sale, de exemplu, un piston comprimarea unui gaz conținut într-un cilindru adiabatic. Aceasta își găsește aplicație practică în motoarele diesel care se bazează pe lipsa de disipare a căldurii rapid în timpul cursei lor de compresie pentru a ridica temperatura vaporilor de combustibil suficient pentru a se aprinde.Încălzire adiabatică are loc, de asemenea, în atmosfera Pământului, atunci când o masă de aer coboară, de exemplu, într-un vânt katabatic sau Foehn sau Chinook vânt care curge la vale pe un lanț muntos. Când o parcelă de aer coboară, presiunea pe creșterile de coletărie. Având în vedere această creștere a presiunii, micșorează volumul parcela si sa crește temperatura, sporind astfel energia internă.Răcire adiabatică se produce atunci când presiunea a unei substanțe este redusă, deoarece funcționează pe împrejurimile sale. Răcire adiabatică are loc în atmosfera Pământului cu ridicare orografică și valuri Lee, iar acest lucru se poate forma pileus sau lenticulare nori în cazul în care aerul este răcit sub punctul de rouă. Când presiunea aplicată pe o parcelă de scăderi de aer, aerul din parcela este permis să se extindă; pe măsură ce crește volumul, temperatura scade și internă a energiei scade.

Răcirea adiabatică nu trebuie să implice un fluid. O tehnică folosită pentru a ajunge la temperaturi foarte scăzute (miimi și chiar milionimi de grad peste zero absolut) este demagnetizare adiabatică, unde variația câmpului magnetic pe un material magnetic este folosit pentru răcirea adiabatică. De asemenea, conținutul unui univers în expansiune (la primul ordin) poate fi descris ca un fluid de răcire adiabatic. (A se vedea - moartea termica a universului Exemplu de compresie adiabatic [edit] Să ne acum uita-te la un exemplu comun de adiabatic compresie cursei de compresie într-un motor pe benzina. Vom face o ipoteze simplificatoare câteva: că volumul necomprimate a cilindrului este de 1000 cm3 (un litru), că gazul în azot este aproape pur (astfel un gaz diatomic cu cinci grade de libertate și, astfel \ gamma = 7/5) , și că raportul de compresie al motorului este de 10: 1 (adică, volumul 1000 cm3 de gaz necomprimat va comprima până la 100 cm3 când pistonul trece de jos în sus). Gazul necomprimat este la aproximativ temperatura camerei și presiune (temperatura camerei caldă de ~ 27 ° C sau 300 K, și o presiune de 1 bar ~ 100 kPa, sau aproximativ 14,7 PSI, sau-nivelul mării tipic presiune atmosferică).Astfel, pentru o masă de gaz, in termodinamica macroscopice, cuvintele sunt astfel utilizate ca o compresie este uneori aproximativ declarat a fi adiabatic dacă este suficient de rapidă, chiar dacă gazul nu este izolat adiabatic. Dar, în teorie statistică cuantică, o comprimare se spune să nu fie adiabatică dacă este suficient de rapidă, chiar dacă gazul este izolat adiabatic.