Thermodynamik Adiabatischer Prozess

In der Physik ist ein adiabatischer Prozess ein thermodynamischer Prozess, bei dem keine Wärmeübertragung in ein oder aus einem System erfolgt und der in der Regel dadurch erzielt wird, dass das gesamte System mit einem stark isolierenden Material umgeben wird oder der Prozess so schnell ausgeführt wird, dass keine Zeit bleibt für eine signifikante Wärmeübertragung stattfinden.

Unter Anwendung des ersten Hauptsatzes der Thermodynamik auf einen adiabatischen Prozess erhalten wir:

Delta-Seit Delta-U ist die Veränderung der inneren Energie und W Ist die Arbeit des Systems, sehen wir die folgenden möglichen Ergebnisse. Ein System, das sich unter adiabatischen Bedingungen ausdehnt, leistet positive Arbeit, sodass die innere Energie abnimmt, und ein System, das sich unter adiabatischen Bedingungen zusammenzieht, leistet negative Arbeit, sodass die innere Energie zunimmt.

Die Kompressions- und Expansionshübe in einem Verbrennungsmotor sind beide annähernd adiabatische Prozesse - die geringe Wärmeübertragung außerhalb des Systems ist vernachlässigbar und praktisch die gesamte Energieänderung fließt in die Bewegung des Kolbens.

Adiabatische und Temperaturschwankungen im Gas

Wenn Gas durch adiabatische Prozesse komprimiert wird, bewirkt dies, dass die Temperatur des Gases durch einen Prozess, der als adiabatische Erwärmung bekannt ist, ansteigt. Die Expansion durch adiabatische Prozesse gegen eine Feder oder gegen Druck verursacht jedoch einen Temperaturabfall durch einen Prozess, der als adiabatische Abkühlung bezeichnet wird.

Eine adiabatische Erwärmung tritt auf, wenn das Gas durch die von seiner Umgebung ausgeführte Arbeit unter Druck gesetzt wird, beispielsweise durch die Kolbenkompression im Kraftstoffzylinder eines Dieselmotors. Dies kann auch auf natürliche Weise geschehen, wenn Luftmassen in der Erdatmosphäre auf eine Oberfläche wie einen Hang in einem Gebirgszug pressen und die Temperaturen aufgrund der Arbeit an der Luftmasse ansteigen, um ihr Volumen gegenüber der Landmasse zu verringern.

Eine adiabatische Abkühlung tritt dagegen auf, wenn sich isolierte Systeme ausdehnen, wodurch sie gezwungen sind, Arbeiten in ihrer Umgebung auszuführen. Wenn im Beispiel des Luftstroms diese Luftmasse durch einen Auftrieb in einem Windstrom drucklos gemacht wird, kann sich ihr Volumen wieder ausbreiten und die Temperatur verringern.

Zeitskalen und der adiabatische Prozess

Obwohl die Theorie des adiabatischen Prozesses bei längerer Beobachtung Bestand hat, machen kleinere Zeitskalen einen adiabatischen Prozess in mechanischen Prozessen unmöglich - da es keine perfekten Isolatoren für isolierte Systeme gibt, geht bei der Arbeit immer Wärme verloren.

Im Allgemeinen werden adiabatische Prozesse als solche angenommen, bei denen das Nettoergebnis der Temperatur nicht beeinflusst wird, obwohl dies nicht unbedingt bedeutet, dass die Wärme nicht während des gesamten Prozesses übertragen wird. Kleinere Zeitskalen können den winzigen Wärmeübergang über die Systemgrenzen aufzeigen, der sich letztendlich im Laufe der Arbeit ausgleicht.

Faktoren wie der interessierende Prozess, die Wärmeableitungsrate, der Arbeitsaufwand und der Wärmeverlust durch mangelhafte Isolierung können das Ergebnis der Wärmeübertragung im Gesamtprozess beeinflussen und aus diesem Grund die Annahme, dass a Der adiabatische Prozess beruht auf der Beobachtung des gesamten Wärmeübertragungsprozesses anstelle seiner kleineren Teile.