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Adiabatische Wand

Adiabatische Wand

In der Thermodynamik ist eine adiabatische Wand eine Wand, die keine Wärmeübertragung von einer Seite zur anderen ermöglicht. Eine adiabatische Wand lässt keine Wärme ab oder tritt nicht ein.

Adiabatische Wände sind theoretische Konzepte, da sie, falls vorhanden, ein perfekter Wärmeisolator wären. Heutzutage ermöglicht jede Wärmeisolierung, egal wie gut sie ist, immer eine gewisse Wärmeenergieübertragung.

Beispiele für adiabatische Wände:

  • Die Isolierung eines Hauses. Eine gute Isolierung in einem Haus ist eine gute Annäherung an eine adiabatische Wand. Eine perfekte Isolierung würde nicht zulassen, dass Wärme in das Haus gelangt oder dass Wärme das Haus im Winter verlässt.
  • Die Luftschichten eines Sonnenkollektors. In Sonnenkollektoren befindet sich zwischen der dunklen Oberfläche, auf der die Sonnenstrahlung eingefangen wird, und außerhalb eine Luftschicht. Luft ist, wenn sie still ist, ein sehr guter Isolator. Das Ziel der Erzeugung dieser Luftschicht besteht darin, die Annäherung einer adiabatischen Wand zu erhalten, die keine Wärmeenergieübertragung von der Flüssigkeit des Solarmoduls nach außen ermöglicht.
  • Doppelverglasung. Das Ziel von Doppelverglasungsfenstern besteht darin, eine Luftschicht zwischen ihnen zu erzeugen. Diese isolierende Luftschicht wirkt als adiabatische Wand.

Was ist ein adiabatischer Prozess?

Ein adiabatischer Prozess ist ein Prozess, bei dem das System keine Wärme mit seiner Umgebung austauscht. Adiabatische Prozesse können auch isentrop sein. In diesem Fall ist der Prozess auch reversibel.

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.

Bei der Klimatisierung sind die Befeuchtungsprozesse (Beitrag von Wasserdampf) adiabatisch, da keine Wärmeübertragung stattfindet, obwohl die Lufttemperatur und ihre relative Luftfeuchtigkeit variiert werden können. Ein anderes Beispiel ist die adiabatische Flammentemperatur, die die Temperatur ist, die eine Flamme erreichen könnte, wenn es keinen Wärmeverlust für die Umgebung gäbe. 

Adiabatisches Erhitzen und Abkühlen sind Prozesse, die üblicherweise aufgrund der Druckänderung eines Gases auftreten. Dies kann unter Verwendung des idealen Gasgesetzes quantifiziert werden.

Welchen Unterschied gibt es zwischen einem adiabatischen Prozess und einem isothermen Prozess?

Ein Prozess ist adiabatisch, wenn keine Wärme mit der Umgebung ausgetauscht wird. Ein isothermer Prozess ist dagegen der umgekehrte Fall: Bei einem isothermen Prozess findet die maximale Wärmeübertragung statt.

Wenn ein exothermer Prozess adiabatisch durchgeführt wird, steigt die Systemtemperatur an, da das System die erzeugte Wärme speichert.

Im Gegenteil, wenn ein endothermer Prozess adiabatisch durchgeführt wird, sinkt die Systemtemperatur, da die erforderliche Wärme nicht von außen zugeführt wird. Ein Beispiel hierfür ist der Betrieb eines Kühlschranks, in dem sich ein Druckgas durch eine Verengung ausdehnt. Die Gastemperatur nimmt somit ab.

Wie beim Kühlschrank klar ist, ist es manchmal nicht schwierig, ein System von der Außenwelt zu isolieren. Wenn ein Prozess sehr schnell abläuft, bleibt keine Zeit, um Wärme mit der Umgebung auszutauschen, und der Prozess im ersten Ansatz ist adiabatisch. Beispielsweise kann der Arbeitshub in einem Verbrennungsmotor adiabatisch perfekt beschrieben werden.

Isothermer Prozess

Das Gegenteil eines adiabatischen Prozesses ist ein Prozess, bei dem der Wärmeaustausch mit der Umgebung sicherstellt, dass sich die Temperatur während des Prozesses nicht ändert. Dies wird als isothermer Prozess bezeichnet. Viele im Stand der Technik verwendete zyklische Verfahren enthalten sowohl adiabatische als auch isotherme Komponenten.

In der Praxis sind die Zustandsänderungen weder vollständig adiabatisch noch vollständig isotherm, aber die Zustandsänderungen liegen zwischen beiden. Dies wird als polytropische Zustandsänderung bezeichnet.

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Geändert am: 25. März 2020