Termodynamik Adiabatic Process

Inom fysiken är en adiabatisk process en termodynamisk process där det inte sker någon värmeöverföring till eller från ett system och generellt erhålls genom att omge hela systemet med ett starkt isolerande material eller genom att utföra processen så snabbt att det inte finns någon tid för att en betydande värmeöverföring ska äga rum.

Tillämpar den första lagen för termodynamik på en adiabatisk process, får vi:

delta-Sedan delta-U är förändringen i intern energi och W är det arbete som utförs av systemet, vad vi ser följande möjliga resultat. Ett system som expanderar under adiabatiska förhållanden gör positivt arbete, så den inre energin minskar, och ett system som kontraherar under adiabatiska förhållanden gör negativt arbete, så den interna energin ökar.

Kompressions- och expansionsslagen i en förbränningsmotor är båda ungefär adiabatiska processer - det lilla värmeöverföringen utanför systemet är försumbar och praktiskt taget all energiförändring går till att flytta kolven.

Adiabatiska och temperatursvingningar i gas

När gas komprimeras genom adiabatiska processer får den temperaturen på gasen att stiga genom en process som kallas adiabatisk uppvärmning; emellertid orsakar expansion genom adiabatiska processer mot en fjäder eller tryck ett temperaturfall genom en process som kallas adiabatisk kylning.

Adiabatisk uppvärmning inträffar när gas trycksätts av det arbete som utförs på den av dess omgivningar som kolvkompressionen i en dieselmotors bränslecylinder. Detta kan också uppstå naturligt som när luftmassor i jordens atmosfär pressar ner på en yta som en sluttning på en bergskedja, vilket får temperaturer att stiga på grund av arbetet med luftmassan för att minska dess volym mot landmassan.

Adiabatisk kylning, å andra sidan, sker när expansion sker på isolerade system, som tvingar dem att arbeta i deras omgivningar. I exemplet med luftflöde, när denna luftmassa trycksätts av en hiss i en vindström, tillåts dess volym att spridas ut igen, vilket reducerar temperaturen.

Tidsskalor och den adiabatiska processen

Även om teorin om adiabatisk process håller upp när den observeras under långa tidsperioder, gör mindre tidsskalor adiabatiska omöjliga i mekaniska processer - eftersom det inte finns några perfekta isolatorer för isolerade system, går alltid värme förlorad när arbetet utförs.

Generellt antas adiabatiska processer vara de där nettoutfallet av temperaturen förblir opåverkat, men det betyder inte nödvändigtvis att värme inte överförs under hela processen. Mindre tidsskalor kan avslöja värmeöverföringen över systemgränserna som slutligen balanserar under arbetets gång.

Faktorer som intresseprocessen, värmeavledningsgraden, hur mycket arbete som går ner och mängden värme som förloras genom ofullständig isolering kan påverka resultatet av värmeöverföring i den övergripande processen, och av detta skäl antagandet att processen är adiabatisk beror på observation av värmeöverföringsprocessen som helhet istället för dess mindre delar.