Termodinamica: processo adiabatico

In fisica, un processo adiabatico è un processo termodinamico in cui non c’è trasferimento di calore in o da un sistema ed è generalmente ottenuto circondando l’intero sistema con un materiale fortemente isolante o eseguendo il processo così rapidamente che non c’è tempo per un trasferimento di calore significativo.

Applicando il primo legge della termodinamica a un processo adiabatico, otteniamo:

delta-Poiché delta-U è il cambiamento nell’energia interna e W è il lavoro svolto dal sistema, ciò che vediamo i seguenti possibili risultati. Un sistema che si espande in condizioni adiabatiche fa un lavoro positivo, quindi l’energia interna diminuisce e un sistema che si contrae in condizioni adiabatiche fa un lavoro negativo, quindi l’energia interna aumenta.

La compressione e l’espansione colpiscono in un interno -motore a combustione sono entrambi processi approssimativamente adiabatici: quel poco di calore trasferito all’esterno del sistema è trascurabile e praticamente tutta la variazione di energia va a muovere il pistone.

Fluttuazioni adiabatiche e di temperatura nel gas
Quando il gas viene compresso attraverso processi adiabatici, provoca l’innalzamento della temperatura del gas attraverso un processo noto come riscaldamento adiabatico; tuttavia, l’espansione attraverso processi adiabatici contro una molla o una pressione provoca un calo di temperatura attraverso un processo chiamato raffreddamento adiabatico.

Il riscaldamento adiabatico si verifica quando il gas viene pressurizzato dal lavoro svolto su di esso dall’ambiente circostante come la compressione del pistone nel cilindro del carburante di un motore diesel. Questo può anche accadere naturalmente come quando le masse d’aria nell’atmosfera terrestre premono su una superficie come un pendio su una catena montuosa, provocando un aumento della temperatura a causa del lavoro svolto sulla massa di l’aria per diminuire il suo volume contro la massa terrestre.

Il raffreddamento adiabatico, invece, avviene quando l’espansione avviene su sistemi isolati, che li costringono a lavorare nelle aree circostanti. Nell’esempio del flusso d’aria, quando quella massa d’aria viene depressurizzata da un ascensore in una corrente di vento, il suo volume può espandersi indietro, riducendo la temperatura.

Scale temporali e processo adiabatico
Sebbene la teoria del processo adiabatico regga se osservata per lunghi periodi di tempo, scale temporali più piccole rendono l’adiabatica impossibile nei processi meccanici: poiché non ci sono isolanti perfetti per i sistemi isolati, il calore viene sempre perso quando il lavoro è finito.

In generale, si presume che i processi adiabatici siano quelli in cui il risultato netto della temperatura rimane inalterato, anche se ciò non significa necessariamente che il calore non venga trasferito durante il processo. Scale temporali più piccole possono rivelare il trasferimento minuto di calore oltre i confini del sistema, che alla fine si bilanciano nel corso del lavoro.

Fattori come il processo di interesse, la velocità di dissipazione del calore, quanto lavoro è verso il basso, e la quantità di calore persa a causa di un isolamento imperfetto può influenzare il risultato del trasferimento di calore nel processo complessivo, e per questo motivo, l’ipotesi che un processo sia adiabatico si basa sull’osservazione del processo di trasferimento di calore nel suo complesso anziché sul suo parti più piccole.

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