Przemiana adiabatyczna - Polski Serwis Naukowy

Krzywa czerwona i zielona - izotermy (przemiana izotermiczna), niebieska - adiabata

Przemiana adiabatyczna (Proces adiabatyczny) – proces termodynamiczny, podczas którego wyizolowany układ nie nawiązuje wymiany ciepła, lecz całość energii jest dostarczana lub odbierana z niego jako praca. Przemianę tę można zrealizować dzięki użyciu osłon adiabatycznych lub wówczas, gdy proces zachodzi na tyle szybko, że przepływ ciepła nie zdąży nastąpić.

Cząsteczka, inaczej molekuła – obojętne elektrycznie indywiduum chemiczne, złożone z więcej niż jednego atomu, które są ze sobą trwale połączone wiązaniami chemicznymi.
Gaz – stan skupienia materii, w którym ciało fizyczne łatwo zmienia kształt i zajmuje całą dostępną mu przestrzeń. Właściwości te wynikają z własności cząsteczek, które w fazie gazowej mają pełną swobodę ruchu. Wszystkie one cały czas przemieszczają się w przestrzeni zajmowanej przez gaz i nigdy nie zatrzymują się w jednym miejscu. Między cząsteczkami nie występują żadne oddziaływania dalekozasięgowe, a jeśli, to bardzo słabe. Jedyny sposób, w jaki cząsteczki na siebie oddziałują, to zderzenia. Oprócz tego, jeśli gaz jest zamknięty w naczyniu, to jego cząsteczki stale zderzają się ze ściankami tego naczynia, wywierając na nie określone i stałe ciśnienie.

Adiabatą nazywa się krzywą przedstawiającą na wykresie przemianę adiabatyczną, w szczególności zależność ciśnienia gazu od jego objętości przy sprężaniu lub rozprężaniu adiabatycznym.

Przemiana adiabatyczna gazu doskonałego

Przemiana adiabatyczna jest przemianą, w której zmieniają się parametry stanu gazu, m.in. ciśnienie, objętość właściwa, temperatura, energia wewnętrzna, entalpia. Ponieważ nie ma wymiany ciepła z otoczeniem, podczas sprężania rośnie temperatura gazu, a podczas rozprężania temperatura maleje. Podobnie jak w przypadku sprężania izotermicznego - maleje objętość a rośnie ciśnienie, jednak w sprężaniu adiabatycznym trzeba dodatkowo uwzględnić wzrost ciśnienia gazu (spowodowany wzrostem temperatury).

Konfuzor – kanał przepływowy z malejącym przekrojem poprzecznym. Przepływający (w wyniku odpowiedniej różnicy ciśnień) z dużą prędkością czynnik termodynamiczny podlega przemianie adiabatycznej. Zmniejszający się przekrój poprzeczny powoduje wzrost prędkości przepływu i spadek ciśnienia czynnika. Wraz ze spadkiem ciśnienia następuje spadek temperatury a więc i entalpii. Rośnie przy tym objętość właściwa. Rozpatrując przemiany energii w konfuzorze można stwierdzić, że następuje zamiana pewnej wartości entalpii na energię kinetyczną. Spada więc entalpia gazu, a rośnie energia kinetyczna.
Samozapłon - samorzutne zapoczątkowanie reakcji spalania. Termin ten jest zwykle stosowany w odniesieniu do określonych materiałów, paliw i związków chemicznych. Wiele substancji posiada określoną temperaturę samozapłonu, substancje te nazywa się materiałami samozapalnymi.

Przebieg przemiany adiabatycznej określa się prawem Poissona: $p V^{\kappa} = \operatorname{const} \qquad$

gdzie:

p - ciśnienie

V - objętość

$\kappa = \frac{C _{p} }{ C _{v} } = \frac{\alpha + 1}{\alpha}$ - wykładnik adiabaty, równy stosunkowi ciepła właściwego przy stałym ciśnieniu do ciepła właściwego przy stałej objętości, gdzie Cp i Cv oznaczają ciepła molowe (w przypadku tego wzoru można zastąpić je ciepłami właściwymi). Współczynniki $\alpha$ zależą od liczby stopni swobody cząsteczek gazu i przyjmują wartości::3/2 - dla gazów jednoatomowych, 5/2 - dla gazów dwuatomowych i 3 dla gazów wieloatomowych. Powietrze zawiera głównie gazy dwuatomowe, dlatego współczynnik $\alpha =$ 5/2, a $\kappa =$ 7/5.

Przemiana adiabatyczna przebiega zwykle od stanu początkowego (1) do końcowego (2). Równanie Poissona można dla takiego przypadku zapisać następująco:

Izoterma to dowolna zależność właściwości układu fizycznego otrzymana przy stałej temperaturze, przykładem izotermy jest izoterma adsorpcji. Nazwą tą określa się również wykres takiej zależności.
Przemiana adiabatyczna (Proces adiabatyczny) - proces termodynamiczny, podczas którego wyizolowany układ nie nawiązuje wymiany ciepła, lecz całość energii jest dostarczana lub odbierana z niego jako praca. Przemianę tę można zrealizować dzięki użyciu osłon adiabatycznych lub wówczas, gdy proces zachodzi na tyle szybko, że przepływ ciepła nie zdąży nastąpić.

$p_1 V_1^{\kappa} = p_2 V_2^{\kappa}$

Wstawiając równania Clapeyrona i odpowiednio przekształcając można uzyskać inne postacie równania Poissona, wiążące ze sobą temperaturę i objętość oraz temperaturę i ciśnienie czynnika: ${T_2 \over T_1} = \left({V_1 \over V_2} \right)^{\kappa - 1}$ ${T_2 \over T_1} = \left({p_2 \over p_1} \right)^{ \kappa -1 \over \kappa}$

Krzywe obrazujące procesy adiabatyczne zwane są adiabatami. Proces adiabatyczny jest szczególnym przypadkiem procesu politropowego.

Energia wewnętrzna (oznaczana zwykle jako U lub Ew) w termodynamice – całkowity zasób energii układu stanowiący sumę energii oddziaływań międzycząsteczkowych i wewnątrzcząsteczkowych układu, a także energii ruchu cieplnego cząsteczek oraz wszystkich innych rodzajów energii występujących w układzie.
Tarcie (pojęcie fizyczne) (opory ruchu) to całość zjawisk fizycznych towarzyszących przemieszczaniu się względem siebie dwóch ciał fizycznych (tarcie zewnętrzne) lub elementów tego samego ciała (tarcie wewnętrzne) i powodujących rozpraszanie energii podczas ruchu.

czytaj dalej: [2], [3]

w oparciu o Wikipedię (licencja GFDL, CC-BY-SA 3.0, autorzy, historia, edycja)