Termodynamik: Adiabatisk proces

I fysik er en adiabatisk proces en termodynamisk proces, hvor der ikke er nogen varmeoverførsel til eller ud af et system og opnås generelt ved at omgive hele systemet med et stærkt isolerende materiale eller ved at udføre processen så hurtigt, at der ikke er tid til en væsentlig varmeoverførsel at finde sted.

Anvendelse af den første lov om termodynamik til en adiabatisk proces, opnår vi:

delta-Da delta-U er ændringen i intern energi, og W er det arbejde, systemet udfører, hvad vi ser følgende mulige resultater. Et system, der udvider sig under adiabatiske forhold, fungerer positivt, så den indre energi falder, og et system, der kontraherer under adiabatiske forhold, gør negativt arbejde, så den indre energi øges.

Kompression og ekspansionsslag i et internt -forbrændingsmotor er begge tilnærmelsesvis adiabatiske processer – hvilken lille varmeoverførsel uden for systemet er ubetydelig, og stort set al energiændring går i at flytte stemplet.

Adiabatiske og temperaturudsving i gas
når gas komprimeres gennem adiabatiske processer, det får gassens temperatur til at stige gennem en proces kendt som adiabatisk opvarmning; ekspansion gennem adiabatiske processer mod en fjeder eller tryk forårsager dog et fald i temperatur gennem en proces kaldet adiabatisk afkøling.

Adiabatisk opvarmning sker, når gas er under tryk af det arbejde, der udføres på det af dets omgivelser som stempelkompressionen i en dieselmotors brændstofcylinder. Dette kan også forekomme naturligt som når luftmasser i jordens atmosfære presses ned på en overflade som en skråning på et bjergkæde, hvilket får temperaturen til at stige på grund af arbejdet udført luft for at mindske dets volumen i forhold til landmassen.

Adiabatisk afkøling sker derimod, når ekspansion finder sted på isolerede systemer, som tvinger dem til at udføre arbejde på deres omgivende områder. I eksemplet med luftstrøm, når denne luftmasse er trykaflastet af en lift i en vindstrøm, får dens volumen lov til at sprede sig ud, hvilket reducerer temperaturen.

Tidsskalaer og den adiabatiske proces
Selvom teorien om adiabatisk proces holder op, når den observeres over lange perioder, gør mindre tidsskalaer adiabatisk umulig i mekaniske processer – da der ikke er nogen perfekte isolatorer til isolerede systemer, går varmen altid tabt, når arbejdet udføres.

Generelt antages adiabatiske processer at være dem, hvor nettoresultatet af temperaturen forbliver upåvirket, selvom det ikke nødvendigvis betyder, at varme ikke overføres gennem hele processen. Mindre tidsskalaer kan afsløre den øjeblikkelige overførsel af varme over systemgrænserne, som i sidste ende balancerer i løbet af arbejdet.

Faktorer som f.eks. Interesseprocessen, hastigheden for varmeafledning, hvor meget arbejde er ned, og mængden af varme, der går tabt gennem ufuldkommen isolering, kan påvirke resultatet af varmeoverførslen i den samlede proces, og af denne grund er antagelsen om, at en proces er adiabatisk afhængig af observation af varmeoverføringsprocessen som helhed i stedet for dens mindre dele.

https://www.khanacademy.org/science/physics/thermodynamics/laws-of-thermodynamics/v/work-done-by-isothermic-process