Transformarea termodinamică adiabatică

INTRODUCERE

În termodinamică, un proces adiabatic (în greacă: adiîbatos, „impasibil”) este un tip de proces termodinamic care are loc fără a transfera căldură sau masă între sistemul termodinamic și mediul său. Spre deosebire de un proces izotermic (Figura 1), un proces adiabatic transferă energie în împrejurimi doar ca lucru. Ca concept cheie în termodinamică, procesul adiabatic susține teoria care explică prima lege a termodinamicii.

Aproximarea adiabatică

Unele procese chimice și fizice apar prea rapid pentru ca energia să intre sau să părăsească sistemul ca căldură, permițând o „aproximare adiabatică” convenabilă.

De exemplu, temperatura flăcării adiabatice folosește această aproximare pentru a calcula limita superioară a temperaturii flăcării, presupunând că arderea nu pierde căldură în împrejurimile sale

Procesul pseudo-adiabatic

În meteorologie și oceanografie, răcirea adiabatică produce condensarea umidității sau a salinității, suprasaturând substanța studiată.

Prin urmare, excesul trebuie eliminat. Acolo, procesul devine un proces pseudo-adiabatic prin care se presupune că apa lichidă sau sarea care condensează este îndepărtată la formare prin precipitații instantanee idealizate.

Procesul pseudo-adiabatic este definit doar pentru extindere, deoarece o substanță comprimată devine mai caldă și rămâne nesaturată.

Figura 1. Accentuarea înclinării graficului procesului adiabatic față de izotermă

APLICAREA PRINCIPIULUI I AL TERMODINAMICII LA TRANSFORMĂRILE GAZULUI IDEAL PENTRU DEFINIREA PROCESULUI ADIABATIC

Căldurile molare

Din ecuațiile de stare se obțin cu ușurință. folosind primul principiu al termodinamicii, expresiile căldurilor molare. Se consider un gaz monoatomic supus unei transformări izocore (∆V=0. Lif =0). Conform primului principiu;

█(∆U=Q_if #(1) )

Atunci, definiția căldurii molare la volum constant poate fi rescrisă în forma;

█(〖 C〗_V=∆U/(ν∙∆T) #(2) )

Însă, din ecuația calorică de stare rezultă că:

█(∆U=1,5νR∆T #(3) )

Din aceste ultime două expresii se obține pentru căldura molară:

█(C_V=1,5R=12,471 J/(mol*K) #(4) )

De aici, folosind relația lui Robert Mayer, CP=CV+R, rezultă că:

█(C_P=2,5R=20,785 J/(mol*K) #(5) )

Raportul γ=CV/CP este numit exponent adiabatic.