Ein adiabatischer Prozess ist ein thermodynamischer Prozess, bei dem das System keine Wärme mit seiner Umgebung austauscht. Ein reversibler adiabatischer Prozess wird als isentrop bezeichnet.
Der adiabatische Prozess liefert eine strenge konzeptionelle Grundlage für die Theorie, mit der der erste Hauptsatz der Thermodynamik aufgedeckt wird.
Der Begriff adiabatisch bezieht sich auf Elemente, die die Wärmeübertragung mit der Umwelt verhindern. Eine isolierte Wand befindet sich ziemlich nahe an einer adiabatischen Grenze. Daher erscheint der Begriff adiabatische Wand.
Ein adiabatischer Prozess ist ein Prozess, bei dem keine Wärme oder Materie innerhalb oder außerhalb eines Systems übertragen wird. Es soll adiabatisch isoliert sein. Die Annahme, dass ein Prozess adiabatisch ist, ist eine vereinfachende Annahme, die häufig gemacht wird.
Die adiabatische Isolationsannahme eines Systems ist nützlich. Es wird oft mit anderen kombiniert, um das Verhalten des Systems berechnen zu können. Solche Annahmen sind Idealisierungen, sie nähern sich an, aber sie sind nicht real.
Das Verhalten realer Maschinen weicht von diesen Idealisierungen ab. Die Annahme eines solchen perfekten Verhaltens liefert eine nützliche erste Annäherung an die Funktionsweise der realen Welt.
Beispiele für adiabatische Prozesse
Schauen wir uns zum besseren Verständnis dieses Konzepts einige Beispiele an:
Ist ein Kühlschrank ein adiabatisches System?
Ein funktionierender Kühlschrank ist kein adiabatischer Prozess. Wenn der Motor jedoch abgestellt wird, wirkt er als adiabatisches System.
Wenn der Motor des Kühlschranks läuft, überträgt er Wärme von innen nach außen. Ohne Motor verhindern die Wände jedoch die Wärmeübertragung, da sie wärmeisoliert sind.
Zyklen von Wärmekraftmaschinen
Ein Teil der thermischen Motorzyklen sind adiabatische Prozesse.
In diesem Beispiel nehmen wir an, dass der Kolben-Zylinder unser thermodynamisches System ist.
Es wird angenommen, dass die Kompression eines Gases in einem Zylinder einer Wärmekraftmaschine so schnell erfolgt. Aus diesem Grund wird es als quasistatisch angesehen. Dies bedeutet, dass nur ein kleiner Teil der Energie des Systems als Wärme an die Umgebung abgegeben werden kann.
Obwohl Wärmekraftmaschinenzylinder nicht isoliert und ziemlich leitfähig sind, ist dieser Prozess idealisiert, um adiabatisch zu sein. Während der Kompression steigt die Temperatur.
Für den Expansionsprozess eines solchen Systems aufgrund der vom Gas geleisteten Arbeit geschieht dasselbe. Während der Expansion eines idealen Gases nimmt die Temperatur des Gases ab. Dabei wird Energie in Form von Arbeit freigesetzt.
Dieser Prozess ist idealisiert, um adiabatisch zu sein.
Adiabatisches Heizen und Kühlen
Die adiabatische Kompression eines Gases bewirkt einen Anstieg der Gastemperatur. Die adiabatische Ausdehnung gegen Druck oder eine Feder führt zu einem Temperaturabfall. Im Gegensatz dazu ist die freie Expansion ein isothermer Prozess für ein ideales Gas.
Solche Temperaturänderungen können unter Verwendung des idealen Gasgesetzes oder der hydrostatischen Gleichung für atmosphärische Prozesse quantifiziert werden.
Nach dem Gesetz der idealen Gase fließt die Wärmeenergie bei Zugabe der Wärme mit konstantem Volumen vollständig in die Erhöhung der inneren kinetischen Energie. Wenn die Wärme mit konstantem Druck zugeführt wird, kann sich das Gas ausdehnen, während die Wärme zugeführt wird. Das Gas wirkt auf die Erweiterung des Systems.
In der Praxis ist kein Prozess wirklich ein adiabatischer Prozess. Viele Prozesse hängen von einem großen Unterschied in den Zeitskalen des interessierenden Prozesses ab. Sie hängen auch von der Geschwindigkeit der Wärmeenergiedissipation über eine Systemgrenze ab.
Daher werden sie unter Verwendung einer adiabatischen Annahme angenähert. Es gibt immer einen gewissen Wärmeverlust, da es keine perfekten Isolatoren gibt.
Adiabatische Erwärmung
Erwärmung in einem sogenannten adiabatischen Zustand tritt auf, wenn der Druck eines Gases durch die daran geleistete Arbeit erhöht wird. Ein Beispiel für eine adiabatische Erwärmung ist die eines Wärmekraftkolbens, der ein in einem Zylinder enthaltenes Gas komprimiert. Die Gaskompression führt zu einem Temperaturanstieg. In vielen praktischen Situationen wird angenommen, dass die Wärmeleitung Null ist.
Dieses Merkmal hat praktische Anwendung in Diesel-Wärmekraftmaschinen.
Adiabatische Kühlung
Adiabatische Abkühlung tritt auf, wenn der Druck auf ein adiabatisch isoliertes System abnimmt und es sich ausdehnen kann. Mit dieser Erweiterung funktioniert es in Ihrer Umgebung. Wenn der auf eine Luftpackung ausgeübte Druck verringert wird, kann sich die Luft in der Packung ausdehnen. Mit zunehmendem Volumen nimmt die Temperatur mit abnehmender innerer Energie ab.
Bei der adiabatischen Kühlung muss keine Flüssigkeit vorhanden sein. Eine Technik, die verwendet wird, um sehr niedrige Temperaturen zu erreichen, ist die adiabatische Entmagnetisierung. Bei der adiabatischen Entmagnetisierung wird die Änderung des Magnetfelds eines magnetischen Materials verwendet, um eine adiabatische Kühlung bereitzustellen. Darüber hinaus kann der Inhalt eines expandierenden Universums (erster Ordnung) als adiabatisches Kühlfluid beschrieben werden.