Processo adiabatico termodinamico

In fisica, un processo adiabatico è un processo termodinamico in cui non c'è trasferimento di calore all'interno o all'esterno di un sistema ed è generalmente ottenuto circondando l'intero sistema con un materiale fortemente isolante o eseguendo il processo così rapidamente che non c'è tempo affinché avvenga un significativo trasferimento di calore.

Applicando la prima legge della termodinamica a un processo adiabatico, otteniamo:

delta: dal delta-U è il cambiamento di energia interna e W è il lavoro svolto dal sistema, ciò che vediamo i seguenti possibili risultati. Un sistema che si espande in condizioni adiabatiche fa un lavoro positivo, quindi l'energia interna diminuisce e un sistema che si contrae in condizioni adiabatiche fa un lavoro negativo, quindi l'energia interna aumenta.

Le corse di compressione ed espansione in un motore a combustione interna sono entrambi processi approssimativamente adiabatici: ciò che trascura poco i trasferimenti di calore al di fuori del sistema è trascurabile e praticamente tutto il cambiamento di energia passa nel muovere il pistone.

Fluttuazioni adiabatiche e di temperatura nel gas

Quando il gas viene compresso attraverso processi adiabatici, provoca l'aumento della temperatura del gas attraverso un processo noto come riscaldamento adiabatico; tuttavia, l'espansione attraverso processi adiabatici contro una molla o pressione provoca un calo di temperatura attraverso un processo chiamato raffreddamento adiabatico.

Il riscaldamento adiabatico si verifica quando il gas viene pressurizzato dal lavoro svolto su di esso dai suoi dintorni come la compressione del pistone nel cilindro di un motore diesel. Ciò può verificarsi anche naturalmente come quando le masse d'aria nell'atmosfera terrestre premono su una superficie come un pendio su una catena montuosa, causando un aumento delle temperature a causa del lavoro svolto sulla massa d'aria per diminuire il suo volume contro la massa terrestre.

Il raffreddamento adiabatico, d'altra parte, si verifica quando si verifica l'espansione su sistemi isolati, che li costringono a lavorare nelle aree circostanti. Nell'esempio del flusso d'aria, quando quella massa d'aria viene depressurizzata da un ascensore in una corrente del vento, il suo volume può ridursi, riducendo la temperatura.

Scale temporali e processo adiabatico

Sebbene la teoria del processo adiabatico regge quando osservata per lunghi periodi di tempo, scale temporali più piccole rendono impossibile l'adiabatica nei processi meccanici, poiché non esistono isolanti perfetti per sistemi isolati, il calore viene sempre perso quando il lavoro viene svolto.

In generale, si presume che i processi adiabatici siano quelli in cui l'esito netto della temperatura rimane inalterato, sebbene ciò non significhi necessariamente che il calore non venga trasferito durante il processo. Scale temporali più piccole possono rivelare il minuto trasferimento di calore oltre i confini del sistema, che alla fine si bilanciano nel corso del lavoro.

Fattori come il processo di interesse, il tasso di dissipazione del calore, la quantità di lavoro diminuita e la quantità di calore persa a causa dell'isolamento imperfetto possono influenzare l'esito del trasferimento di calore nell'intero processo e, per questo motivo, l'assunto che un Il processo è adiabatico si basa sull'osservazione del processo di trasferimento di calore nel suo complesso anziché sulle sue parti più piccole.