Γιατί η αδιαβατική επέκταση ενός αερίου παράγει πάντα ψύξη;
1. Εργασία που έγινε από το αέριο:
* Όταν ένα αέριο επεκτείνεται αδιαβάστα, εκτελεί εργασία στο περιβάλλον του. Το έργο αυτό γίνεται εις βάρος της εσωτερικής ενέργειας του αερίου.
* Δεδομένου ότι η εσωτερική ενέργεια σχετίζεται άμεσα με τη θερμοκρασία του αερίου, η μείωση της εσωτερικής ενέργειας έχει ως αποτέλεσμα τη μείωση της θερμοκρασίας.
2. Χωρίς ανταλλαγή θερμότητας:
* Οι αδιαβατικές διαδικασίες χαρακτηρίζονται από μη μεταφορά θερμότητας μέσα ή έξω από το σύστημα.
* Αυτό σημαίνει ότι ο μόνος τρόπος για το αέριο να εκτελεί εργασία είναι να αντλήσει ενέργεια από την εσωτερική του ενέργεια.
3. Πρώτος νόμος της θερμοδυναμικής:
* Ο πρώτος νόμος της θερμοδυναμικής δηλώνει ότι η μεταβολή της εσωτερικής ενέργειας ενός συστήματος ισούται με τη θερμότητα που προστίθεται στο σύστημα μείον το έργο που πραγματοποιεί το σύστημα.
* Σε μια αδιαβατική επέκταση, ο θερμικός όρος είναι μηδέν. Ως εκ τούτου, η μεταβολή της εσωτερικής ενέργειας είναι ίση με το αρνητικό του έργου που επιτελεί το αέριο.
* Αυτό ενισχύει περαιτέρω ότι η εργασία που πραγματοποιεί το αέριο οδηγεί σε μείωση της εσωτερικής ενέργειας, προκαλώντας ψύξη.
4. Μοριακή προοπτική:
* Από μοριακή προοπτική, η αδιαβατική επέκταση προκαλεί τη μείωση της μέσης κινητικής ενέργειας των μορίων αερίου.
* Καθώς το αέριο επεκτείνεται, τα μόρια έχουν περισσότερο χώρο για να μετακινηθούν, οδηγώντας σε λιγότερες συγκρούσεις και λιγότερη μεταφορά ενέργειας μεταξύ τους. Αυτή η μείωση της κινητικής ενέργειας εκδηλώνεται ως μείωση της θερμοκρασίας.
Συνοπτικά, η αδιαβατική επέκταση ενός αερίου οδηγεί στην ψύξη επειδή το αέριο εκτελεί εργασία στο περιβάλλον του, αντλώντας ενέργεια από τη δική του εσωτερική ενέργεια. Αυτή η μείωση της εσωτερικής ενέργειας μεταφράζεται άμεσα σε μείωση της θερμοκρασίας.
