Thermodynamica Adiabatisch proces

In de natuurkunde is een adiabatisch proces een thermodynamisch proces waarbij er geen warmteoverdracht in of uit een systeem plaatsvindt en het wordt meestal verkregen door het hele systeem te omringen met een sterk isolerend materiaal of door het proces zo snel uit te voeren dat er geen tijd is om een ​​significante warmteoverdracht te laten plaatsvinden.

Door de eerste wet van de thermodynamica toe te passen op een adiabatisch proces, verkrijgen we:

delta-Sinds delta-U is de verandering in interne energie en w is het werk gedaan door het systeem, wat we de volgende mogelijke resultaten zien. Een systeem dat uitzet onder adiabatische omstandigheden doet positief werk, dus de interne energie neemt af, en een systeem dat onder adiabatische omstandigheden samentrekt doet negatief werk, dus de interne energie neemt toe.

De compressie- en expansieslagen in een verbrandingsmotor zijn beide bij benadering adiabatische processen - wat weinig warmteoverdracht buiten het systeem is te verwaarlozen en vrijwel alle energieverandering gaat in het bewegen van de zuiger.

Adiabatische en temperatuurschommelingen in gas

Wanneer gas wordt gecomprimeerd door adiabatische processen, veroorzaakt dit de temperatuur van het gas door een proces dat bekend staat als adiabatische verwarming; expansie door adiabatische processen tegen een veer of druk veroorzaakt echter een temperatuurdaling door een proces dat adiabatische koeling wordt genoemd.

Adiabatische verwarming vindt plaats wanneer gas onder druk staat door het werk dat eraan wordt verricht door zijn omgeving, zoals de zuigercompressie in de brandstofcilinder van een dieselmotor. Dit kan ook van nature voorkomen, zoals wanneer luchtmassa's in de atmosfeer van de aarde op een oppervlak drukken, zoals een helling op een bergketen, waardoor de temperatuur stijgt vanwege het werk dat is verricht aan de luchtmassa om het volume tegen de landmassa te verminderen.

Adiabatische koeling vindt daarentegen plaats wanneer expansie plaatsvindt op geïsoleerde systemen, die hen dwingen om werk te doen in hun omliggende gebieden. In het voorbeeld van luchtstroom, wanneer die massa lucht drukloos wordt gemaakt door een lift in een windstroom, wordt het volume ervan toegestaan ​​zich terug te spreiden, waardoor de temperatuur daalt.

Tijdschalen en het adiabatische proces

Hoewel de theorie van het adiabatische proces standhoudt wanneer het gedurende lange perioden wordt waargenomen, maken kleinere tijdsschalen adiabatisch onmogelijk in mechanische processen - omdat er geen perfecte isolatoren zijn voor geïsoleerde systemen, gaat warmte altijd verloren als het werk is gedaan.

In het algemeen wordt aangenomen dat adiabatische processen die zijn waar het netto resultaat van de temperatuur onaangetast blijft, hoewel dat niet noodzakelijk betekent dat warmte niet tijdens het proces wordt overgedragen. Kleinere tijdschalen kunnen de minieme warmteoverdracht over de systeemgrenzen onthullen, die uiteindelijk in balans komt tijdens het werk.

Factoren zoals het interesseproces, de snelheid van warmteafvoer, hoeveel werk er is gedaald en de hoeveelheid warmte die verloren gaat door imperfecte isolatie, kunnen de uitkomst van warmteoverdracht in het totale proces beïnvloeden, en om deze reden de veronderstelling dat een proces is adiabatisch vertrouwt op de observatie van het warmteoverdrachtsproces als geheel in plaats van zijn kleinere delen.