Όταν ένα αέριο υφίσταται αδιαβατική επέκταση, ψύχεται λόγω;

Κατά τη διάρκεια της αδιαβατικής επέκτασης, ένα αέριο υφίσταται μεταβολή του όγκου χωρίς να προστίθεται ή να απομακρυνθεί από το σύστημα (Q =0). Καθώς το αέριο επεκτείνεται, λειτουργεί πιέζοντας το περιβάλλον. Το έργο αυτό γίνεται εις βάρος της εσωτερικής ενέργειας του αερίου, προκαλώντας μείωση της θερμοκρασίας του. Ως εκ τούτου, το αέριο ψύχεται λόγω της μετατροπής της εσωτερικής ενέργειας στην εργασία.

Ακολουθεί μια εξήγηση της διαδικασίας:

1. Αρχική κατάσταση: Εξετάστε ένα αέριο που περιορίζεται μέσα σε ένα δοχείο σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία, όγκο και πίεση.

2. Αδιαβατική επέκταση: Το δοχείο ξαφνικά επεκτείνεται, επιτρέποντας στο αέριο να καταλαμβάνει μεγαλύτερο όγκο. Δεδομένου ότι η επέκταση είναι αδιαβατική, δεν ανταλλάσσεται θερμότητα μεταξύ του αερίου και του περιβάλλοντος του.

3. Εργασία που έγινε από το αέριο: Καθώς το φυσικό αέριο επεκτείνεται, ωθεί τα αναπτυσσόμενα τοιχώματα του δοχείου, κάνοντας εργασία (W) στο περιβάλλον. Αυτό το έργο είναι θετικό επειδή το αέριο ασκεί μια δύναμη σε απόσταση προς την κατεύθυνση της μετατόπισης.

4. Εσωτερική ενέργεια: Σύμφωνα με τον πρώτο νόμο της θερμοδυναμικής, η ενέργεια δεν μπορεί να δημιουργηθεί ή να καταστραφεί, μεταφέρονται μόνο μεταξύ διαφορετικών μορφών. Σε αυτή την περίπτωση, δεδομένου ότι δεν προστίθεται θερμότητα στο σύστημα (Q =0), η εργασία που γίνεται από το αέριο (W) πρέπει να προέρχεται από την εσωτερική ενέργεια (U) του αερίου.

5. Εφέ ψύξης: Η εσωτερική ενέργεια ενός αερίου σχετίζεται με τη θερμοκρασία του. Καθώς το αέριο λειτουργεί με την επέκταση, η εσωτερική του ενέργεια μειώνεται. Αυτή η μείωση της εσωτερικής ενέργειας προκαλεί πτώση της θερμοκρασίας του αερίου.

Συνοπτικά, κατά τη διάρκεια της αδιαβατικής επέκτασης, η εργασία που γίνεται από το αέριο προέρχεται από την εσωτερική του ενέργεια, οδηγώντας σε μείωση της θερμοκρασίας και ένα αποτέλεσμα ψύξης στο αέριο.