Thermodynamica: definitie van het adiabatische proces

In de natuurkunde is een adiabatisch proces een thermodynamisch proces waarin er geen is warmteoverdracht in of uit een systeem en wordt meestal verkregen door het hele systeem te omgeven met een sterk isolerende werking materiaal of door het proces zo snel uit te voeren dat er geen tijd is voor een aanzienlijke warmteoverdracht plaats.

Het toepassen van de eerste wet van de thermodynamica volgens een adiabatisch proces verkrijgen we:

delta-Aangezien delta-U is de verandering in interne energie en W is het werk van het systeem, wat we de volgende mogelijke resultaten zien. Een systeem dat onder adiabatische omstandigheden uitbreidt, doet positief werk, dus de interne energie neemt af, en een systeem dat samentrekt onder adiabatische omstandigheden doet negatief werk, dus de interne energie neemt toe.

De compressie- en expansieslagen in een verbrandingsmotor zijn beide ongeveer adiabatische processen - wat weinig warmteoverdracht buiten het systeem is te verwaarlozen en vrijwel alle energieverandering gaat naar het verplaatsen van de zuiger.

Wanneer gas wordt gecomprimeerd via adiabatische processen, zorgt het ervoor dat de temperatuur van het gas stijgt door een proces dat bekend staat als adiabatische verwarming; uitzetting door adiabatische processen tegen een veer of druk 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 door de omgeving wordt gedaan, zoals de zuigercompressie in de brandstofcilinder van een dieselmotor. Dit kan ook van nature voorkomen, zoals wanneer luchtmassa's in de atmosfeer van de aarde op een oppervlak drukken zoals een helling op een bergketen, waardoor de temperaturen stijgen als gevolg van het werk dat aan de luchtmassa is gedaan om het volume tegen de landmassa.

Adiabatische koeling daarentegen vindt plaats wanneer expansie plaatsvindt op geïsoleerde systemen, waardoor ze moeten werken aan hun omgeving. In het voorbeeld van luchtstroom, wanneer die luchtmassa drukloos wordt gemaakt door een lift in een windstroom, mag het volume zich terug verspreiden, waardoor de temperatuur wordt verlaagd.

Hoewel de theorie van het adiabatische proces standhoudt wanneer ze gedurende lange tijd wordt waargenomen, worden kleinere tijdschalen adiabatisch onmogelijk bij mechanische processen - aangezien er geen perfecte isolatoren zijn voor geïsoleerde systemen, gaat er altijd warmte verloren tijdens het werk gedaan.

In het algemeen wordt aangenomen dat adiabatische processen die zijn waarbij het netto resultaat van temperatuur blijft bestaan onaangetast, hoewel dat niet noodzakelijkerwijs betekent dat warmte niet door de hele werkwijze. Kleinere tijdschalen kunnen de minuutoverdracht van warmte over de systeemgrenzen onthullen, die uiteindelijk in evenwicht komt tijdens het werk.

Factoren zoals het proces van belang, de snelheid van warmteafvoer, hoeveel werk er minder is en de hoeveelheid warmte die verloren gaat door onvolmaakte isolatie, kunnen de uitkomst van warmte beïnvloeden overdracht in het totale proces, en daarom is de aanname dat een proces adiabatisch is, afhankelijk van de observatie van het warmteoverdrachtsproces als geheel in plaats van het kleinere onderdelen.