Przemiana adiabatyczna

Przemiana adiabatyczna lub proces adiabatyczny to taka przemiana gazu, podczas której nie ma miejsca wymiana ciepła między gazem a otoczeniem. W tej przemianie zmianie ulegają wszystkie trzy podstawowe parametry stanu gazu: ciśnienia \(p\), objętości \(V\) i temperatury \(T\).

Równania przemiany adiabatycznej - równania Poissona

W przemianie adiabatycznej zachodzą następujące zależności:

\(pV^{\kappa}=const\)
\(TV^{\kappa-1}=const\)

gdzie:

\(\kappa\) - wykładnik adiabaty, współczynnik adiabatyczny (wartość stała dla danego gazu).

Współczynnik adiabatyczny jest równy stosunkowi ciepła właściwego gazu przy stałym ciśnieniu (\(c_p\)) do jego ciepła właściwego przy stałej objętości (\(c_V\)):

\(\kappa =\frac{c_p}{c_V}\)

adiabata

Adiabata

Krzywa przemiany adiabatycznej na wykresie to krzywa o nazwie adiabata. Adiabata jest krzywą bardziej stromą od izotermy.

Wymiana ciepła i praca podczas przemiany adiabatycznej

Zgodnie definicją przemiany adiabatycznej nie następuje wymiana ciepła z otoczeniem (\(Q=0\)), zatem pierwsza zasada termodynamiki dla przemiany adiabatycznej ma postać \(\Delta E=W\).

Gdy gaz sprężamy adiabatycznie, jego objętość maleje, a ciśnienie rośnie. Sprężanie odbywa się na skutek działania sił zewnętrznych, które wykonują dodatnią pracę (\(W\gt 0\)), w wyniku czego wrasta energia wewnętrzna gazu, a co się z tym wiąże, także jego temperatura. Praca całkowicie zostaje zamieniona na wzrost energii wewnętrznej.

Podczas adiabatycznego rozprężania gazu to gaz wykonuje pracę (\(W\lt 0\)), zwiększając swoją objętość i zmniejszając swoją energię wewnętrzną.

Przykład

Przemiana ta ma częste zastosowanie w praktyce. W silniku Diesla gaz zamknięty w cylindrze jest sprężany adiabatycznie. To powoduje wzrost jego temperatury do około 1000 K. Paliwo, które w takiej chwili zostaje wtryśnięte do cylindra ulega samozapłonowi.

Pytania

Czy w przemianie adiabatycznej trzeba zachować bezwzględną izolację gazu z otoczeniem?

Nie. Oczywiście izolacja gazu od otoczenia to najlepsze rozwiązanie dla stosowania przemiany adiabatycznej, gdyż wówczas nie nastąpi wymiana ciepła z otoczeniem. Jest jeszcze jednak inna możliwość. Jeżeli szybko sprężymy lub rozprężymy gaz w naczyniu, to wymiana ciepła nie zdąży zajść i wówczas również mamy do czynienia z przemianą adiabatyczną. Dokładnie to opisaliśmy w przykładzie z silnikiem dieslowskim.

Przemiany gazowe

Przemiana izochoryczna

Przemiana izobaryczna

Przemiana izotermiczna