Thermodynamica: adiabatisch proces

In de natuurkunde is een adiabatisch proces een thermodynamisch proces waarbij er geen warmteoverdracht naar of uit een systeem en wordt doorgaans verkregen door het hele systeem te omringen met een sterk isolerend materiaal of door het proces zo snel uit te voeren dat er geen tijd is voor een significante warmteoverdracht.

Toepassing van de eerste wet van de thermodynamica naar een adiabatisch proces, verkrijgen we:

delta-Aangezien delta-U de verandering in interne energie is en W het werk is dat door het systeem wordt gedaan, zien we de volgende mogelijke resultaten. Een systeem dat uitzet onder adiabatische omstandigheden doet positief werk, zodat de interne energie afneemt, en een systeem dat zich onder adiabatische omstandigheden samentrekt, doet negatief werk, zodat de interne energie toeneemt.

De compressie- en expansieslagen in een interne -verbrandingsmotor zijn beide ongeveer adiabatische processen – de weinige warmteoverdracht buiten het systeem is verwaarloosbaar en vrijwel alle energieverandering gaat naar het bewegen van de zuiger.

Adiabatische en temperatuurschommelingen in gas
Wanneer gas wordt gecomprimeerd door adiabatische processen, het zorgt ervoor dat de temperatuur van het gas stijgt door een proces dat bekend staat als adiabatische verwarming; expansie door adiabatische processen tegen een veer of druk in veroorzaakt echter een temperatuurdaling door een proces dat adiabatische koeling wordt genoemd.

Adiabatische verwarming vindt plaats wanneer gas onder druk wordt gezet door het werk dat eraan wordt gedaan door de omgeving, zoals de zuigercompressie in de brandstofcilinder van een dieselmotor. Dit kan ook van nature gebeuren, zoals wanneer luchtmassa’s in de atmosfeer van de aarde op een oppervlak zoals een helling op een bergketen drukken, waardoor de temperatuur stijgt vanwege het werk dat wordt gedaan aan de massa van lucht om zijn volume tegen de landmassa te verminderen.

Adiabatische koeling daarentegen vindt plaats wanneer expansie optreedt op geïsoleerde systemen, die hen dwingen werk te doen aan hun omliggende gebieden. In het voorbeeld van een luchtstroom, wanneer die luchtmassa door een lift in een windstroom drukloos wordt gemaakt, mag het volume zich terug verspreiden, waardoor de temperatuur daalt.

Tijdschalen en het adiabatische proces
Hoewel de theorie van het adiabatisch proces standhoudt wanneer het gedurende lange tijd wordt waargenomen, maken kleinere tijdschalen adiabatisch onmogelijk in mechanische processen – aangezien er geen perfecte isolatoren zijn voor geïsoleerde systemen, gaat er altijd warmte verloren als er wordt gewerkt.

In het algemeen wordt aangenomen dat adiabatische processen processen zijn waarbij het netto resultaat van temperatuur onaangetast blijft, hoewel dat niet noodzakelijk betekent dat er geen warmte wordt overgedragen tijdens het proces. Kleinere tijdschalen kunnen de minuutoverdracht van warmte over de systeemgrenzen onthullen, die uiteindelijk in evenwicht worden gehouden tijdens het werk.

Factoren zoals het proces van interesse, de snelheid van warmteafvoer, hoeveel werk is en de hoeveelheid warmte die verloren gaat door onvolmaakte isolatie kan het resultaat van warmteoverdracht in het totale proces beïnvloeden, en om deze reden is de aanname dat een proces adiabatisch is gebaseerd op de observatie van het warmteoverdrachtsproces als geheel in plaats van op de kleinere delen.

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