Αδιαβατική συμπίεση

Αδιαβατική διαδικασία

Μια διαδικασία στην οποία δεν υπάρχει μεταφορά θερμότητας ή μάζα από το ένα σύστημα στο άλλο ονομάζεται αδιαβατική διαδικασία. Η διαδικασία μπορεί να είναι είτε αναστρέψιμη είτε μη αναστρέψιμη. Είναι μια διαδικασία θερμοδυναμικής στην οποία Q =0. 

Αυτό το σύστημα είναι μονωμένο. Σε αυτές τις διαδικασίες, η μόνη μεταφορά θερμότητας είναι με τη μορφή εργασίας. Η αδιαβατική διαδικασία υποστηρίζει και εξηγεί τη θεωρία του πρώτου νόμου της θερμοδυναμικής.

Για να πραγματοποιηθεί η αδιαβατική διαδικασία απαιτούνται οι ακόλουθες συνθήκες:

• Η διαδικασία πρέπει να εκτελείται πολύ γρήγορα, ώστε να υπάρχει χρόνος για τη μεταφορά της θερμότητας.
• Το σύστημα πρέπει να είναι πλήρως απομονωμένο από το υπόλοιπο περιβάλλον.

Η εξίσωση για την αδιαβατική διαδικασία

Η εξίσωση για την αδιαβατική διαδικασία είναι:

PV =σταθερό

Όπου P =η πίεση του συστήματος

V =ο όγκος του συστήματος

y =C_p /C_v =αδιαβατικός δείκτης

Οι αδιαβατικές διεργασίες

U =U₂ – U₁

W =-U =U₁ – U₂

W =-U

Εφόσον δεν υπάρχει μεταφορά θερμότητας, η εντροπία (S) =0

Αδιαβατική συμπίεση

Η αδιαβατική συμπίεση είναι όταν δεν προστίθεται ή αφαιρείται θερμότητα από τον αέρα. Η αυξημένη εσωτερική ενέργεια του αέρα είναι ίση με την εξωτερική εργασία που γίνεται στον αέρα. Η πίεση του αέρα είναι μεγαλύτερη από τον όγκο όταν η θερμοκρασία, η εντροπία και η εσωτερική ενέργεια αυξάνονται λόγω συμπίεσης.

P> V

Η διαδρομή συμπίεσης ενός βενζινοκινητήρα συμβαίνει γρήγορα χωρίς απώλεια θερμότητας στο περιβάλλον και, ως εκ τούτου, αποτελεί παράδειγμα αδιαβατικής διαδικασίας.

Αδιαβατική επέκταση

Η αδιαβατική διαστολή υπακούει στον πρώτο νόμο της θερμοδυναμικής. Εδώ η εργασία εκτελείται με επέκταση του όγκου λόγω της οποίας μειώνεται η θερμοκρασία.

Ας πάρουμε ένα παράδειγμα εδώ. Όταν τα μόρια του αερίου είναι σταθερά συνδεδεμένα μεταξύ τους, η μεμβράνη συμπιέζεται. Η ένταση αυξάνεται σε dV και η θερμοκρασία πέφτει σε dT.

Εδώ, η δουλειά που γίνεται είναι W=PdV και η μεταφορά θερμότητας dq=0.

Για μια αδιαβατική διεργασία  για ένα Ιδανικό αέριο είναι PV =σταθερό

Χρήσεις των αδιαβατικών διεργασιών

• Στους αεριοστρόβιλους, οι αδιαβατικές διεργασίες εφαρμόζονται στους κύκλους Otto και Brayton (όπου το έμβολο λειτουργεί στη βενζίνη).
• Οι κινητήρες ντίζελ (κάπως) χρησιμοποιούν αδιαβατική συμπίεση για να ανάψουν το καύσιμο. Τα Adiabats είναι επίσης χρήσιμα για τον υπολογισμό της απόδοσης Carnot (η μέγιστη θερμική απόδοση ενός θερμοδυναμικού συστήματος) με βάση δύο αδιαβατικές διεργασίες.

Εφαρμογές της αδιαβατικής παραδοχής

Από τον πρώτο νόμο της θερμοδυναμικής,

ΔU =Ε – W

Όπου ΔU είναι αυτή η αλλαγή της εσωτερικής ενέργειας του συστήματος

Q είναι η ποσότητα ενέργειας

W είναι η εργασία που γίνεται από το σύστημα

1. Εάν W =0, τα τοιχώματα δεν είναι αδιαβατικά και η ενέργεια θα προστεθεί στο Q> 0. Επομένως, η θερμοκρασία του συστήματος θα αυξηθεί.
2. Δεν θα υπάρξει αλλαγή φάσης όταν τα τοιχώματα είναι αδιαβατικά, Q =0 και W <0, και η θερμοκρασία θα αυξηθεί επίσης.
3. Ας υποθέσουμε ότι τα τοιχώματα των συστημάτων είναι αδιαβατικά U =0 και όχι άκαμπτα, που σημαίνει ότι, W =0, το σύστημα θα είναι χωρίς τριβές, δεν θα υπάρξει αλλαγή φάσης και η θερμοκρασία θα αύξηση. Αυτή η διαδικασία είναι γνωστή ως ισεντροπική διαδικασία. Είναι αναστρέψιμες διεργασίες εάν η διεργασία είναι ισεντροπική, τότε dQ=0.

δηλ. S(εντροπία) =dQ/dt =0

4. Τώρα, ας υποθέσουμε ότι τα τοιχώματα των συστημάτων δεν είναι αδιαβατικά, η ενέργεια μεταφέρεται και η εντροπία μεταφέρεται επίσης στο σύστημα. Αυτές οι διεργασίες δεν είναι ούτε αδιαβατικές ούτε ισεντροπικές. Έχουν Q> 0. Ακολουθεί τον δεύτερο νόμο της θερμοδυναμικής.

Συμπέρασμα

Μια διαδικασία θερμοδυναμικής όπου δεν υπάρχει μεταφορά θερμότητας από το ένα σύστημα στο άλλο ονομάζεται αδιαβατική διαδικασία. Αυτή η διαδικασία πρέπει να εκτελείται γρήγορα, ώστε να μην υπάρχει μεταφορά θερμότητας. Υπάρχει αδιαβατική συμπίεση κατά την οποία υπάρχει αύξηση της θερμοκρασίας του αερίου, και δεν υπάρχει επιπλέον αφαίρεση θερμότητας. Η αδιαβατική διαστολή είναι η διαδικασία κατά την οποία η θερμοκρασία μειώνεται αλλά η πίεση παραμένει σταθερή. Η αδιαβατική διαδικασία έχει πολλές εφαρμογές στη διαδικασία της θερμοδυναμικής.