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:

κ - 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):

κ=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 ΔE=W.

Gdy gaz sprężamy adiabatycznie, jego objętość maleje, a ciśnienie rośnie. Sprężanie odbywa się na skutek działania sił zewnętrznych, które wykonują dodatnią pracę (W>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<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

Typy różnych przemian określamy dla różnych przypadków, gdy nie zmienia się jeden z powyższych parametrów lub innych parametrów stanu, wyżej nie wymienionych.

Przemiana izochoryczna

W przemianie izochorycznej stałej masy gazu doskonałego objętość gazu nie ulega zmianie, zmieniają się natomiast ciśnienie i temperatura gazu, a ich iloraz pozostaje stały.

Przemiana izobaryczna

W przemianie izobarycznej stałej masy gazu doskonałego ciśnienie gazu nie ulega zmianie, zmieniają się natomiast temperatura i objętość gazu, a ich iloraz pozostaje stały.

Przemiana izotermiczna

Przemiana izotermiczna lub proces izotermiczny to taka przemiana gazu, podczas której temperatura T nie ulega zmianie (T=constans).