Thermodynamik: Adiabatischer Prozess

In der Physik ist ein adiabatischer Prozess ein thermodynamischer Prozess, bei dem keine Wärmeübertragung in oder erfolgt aus einem System heraus und wird im Allgemeinen erhalten, indem das gesamte System mit einem stark isolierenden Material umgeben wird oder indem der Prozess so schnell ausgeführt wird, dass keine Zeit für eine signifikante Wärmeübertragung bleibt.

Anwenden des ersten Gesetz der Thermodynamik zu einem adiabatischen Prozess erhalten wir:

Delta-Da Delta-U die Änderung der inneren Energie ist und W die Arbeit des Systems ist, sehen wir die folgenden möglichen Ergebnisse. Ein System, das sich unter adiabatischen Bedingungen ausdehnt, leistet positive Arbeit, sodass die innere Energie abnimmt, und ein System, das sich unter adiabatischen Bedingungen zusammenzieht, leistet negative Arbeit, sodass die innere Energie zunimmt.

Die Kompressions- und Expansionshübe in einem inneren – Verbrennungsmotoren sind beides annähernd adiabatische Prozesse – die geringe Wärmeübertragung außerhalb des Systems ist vernachlässigbar und praktisch die gesamte Energieänderung fließt in die Bewegung des Kolbens.

Adiabatische und Temperaturschwankungen in Gas
Beim Gas wird durch adiabatische Prozesse komprimiert, bewirkt es, dass die Temperatur des Gases durch einen Prozess steigt, der als adiabatische Erwärmung bekannt ist; Die Ausdehnung durch adiabatische Prozesse gegen eine Feder oder einen Druck führt jedoch zu einem Temperaturabfall durch einen Prozess, der als adiabatische Kühlung bezeichnet wird Dies kann auch auf natürliche Weise auftreten, wenn Luftmassen in der Erdatmosphäre auf eine Oberfläche wie einen Hang in einem Gebirgszug drücken und die Temperaturen aufgrund der Arbeit an der Masse von steigen Luft, um ihr Volumen gegenüber der Landmasse zu verringern.

Adiabatische Kühlung tritt andererseits auf, wenn sich isolierte Systeme ausdehnen, wodurch sie gezwungen werden, an ihren umgebenden Bereichen zu arbeiten. Wenn im Beispiel des Luftstroms diese Luftmasse durch einen Auftrieb in einem Windstrom drucklos gemacht wird, kann sich ihr Volumen wieder ausbreiten, wodurch die Temperatur verringert wird.

Zeitskalen und der adiabatische Prozess
Obwohl die Theorie des adiabatischen Prozesses bei Beobachtung über lange Zeiträume Bestand hat, machen kleinere Zeitskalen adiabatische Prozesse in mechanischen Prozessen unmöglich – da es keine perfekten Isolatoren für isolierte Systeme gibt, geht bei der Arbeit immer Wärme verloren.

Im Allgemeinen wird angenommen, dass adiabatische Prozesse solche sind, bei denen das Nettoergebnis der Temperatur nicht beeinflusst wird, obwohl dies nicht unbedingt bedeutet, dass während des gesamten Prozesses keine Wärme übertragen wird. Kleinere Zeitskalen können die winzige Wärmeübertragung über die Systemgrenzen hinweg anzeigen, die sich letztendlich im Laufe der Arbeit ausgleicht.

Faktoren wie der interessierende Prozess, die Wärmeableitungsrate und der Arbeitsaufwand Die durch eine unvollständige Isolierung verlorene Wärmemenge kann das Ergebnis der Wärmeübertragung im Gesamtprozess beeinflussen. Aus diesem Grund beruht die Annahme, dass ein Prozess adiabatisch ist, auf der Beobachtung des gesamten Wärmeübertragungsprozesses anstelle dessen kleinere Teile.

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