¿Qué es un proceso adiabático?
En física, un proceso adiabático es un sistema que no intercambia calor con su entorno. Esto significa que cuando el sistema realiza trabajo, ya sea movimiento o trabajo mecánico, idealmente no hace que su entorno sea más cálido o más frío. Para sistemas que involucran gases, un proceso adiabático generalmente requiere cambios en la presión para cambiar la temperatura sin afectar el entorno. En la atmósfera de la Tierra, las masas de aire sufrirán expansión adiabática y se enfriarán, o experimentarán compresión adiabática y se calentarán. Los ingenieros han diseñado varios motores con procesos que son al menos parcialmente adiabáticos.
Un proceso adiabático es un proceso termodinámico en el que un sistema no gana ni pierde calor a su entorno. Un proceso termodinámico puede entenderse como una medición de los cambios de energía dentro de un sistema, tomado de un estado inicial a un estado final. En aplicaciones de termodinámica, un sistema puede ser cualquier espacio claramente definido con un conjunto uniforme de propiedades, ya sea un planeta, una masa de aire, un motor diesel o el universo. Si bien los sistemas tienen muchas propiedades termodinámicas, la importante aquí es el cambio de temperatura, medido por la ganancia o pérdida de calor.
Se producirá un cambio en la energía interna de un sistema cada vez que ese sistema realice un trabajo, como cuando una máquina alimentada por combustión interna mueve sus partes. En los procesos adiabáticos que involucran la mayoría de los gases atmosféricos, como el aire, la compresión del gas dentro del sistema hace que el gas se caliente, mientras que la expansión lo enfría. Algunas máquinas de vapor han aprovechado este proceso para aumentar la presión y, por lo tanto, la temperatura, y se consideran motores adiabáticos. Los científicos clasifican los procesos adiabáticos, desde máquinas hasta sistemas meteorológicos, según sean reversibles o no a su temperatura original.
Dentro de un proceso adiabático, solo se producirá un cambio de temperatura debido al trabajo que realiza, pero no debido a la pérdida de calor en su entorno. El aire ascendente se enfría sin perder calor a las masas de aire vecinas. Se enfría porque la presión atmosférica, que comprime y calienta el aire más cerca de la superficie terrestre, disminuye con la altitud. A medida que se reduce la presión sobre un gas, se expandirá y las leyes termodinámicas consideran que la expansión es un trabajo. Cuando la masa de aire se expande y realiza el trabajo, no pierde calor a otras masas de aire que pueden tener temperaturas muy diferentes, y por lo tanto sufre un proceso adiabático.
Es casi imposible que exista un sistema adiabático perfecto, porque generalmente se pierde algo de calor. Existen ecuaciones matemáticas que los científicos usan para modelar procesos adiabáticos que suponen un sistema perfecto por conveniencia. Deben ajustarse al planificar motores o dispositivos reales. Lo opuesto a un proceso adiabático es un proceso isotérmico, donde el calor se transfiere fuera del sistema a su entorno circundante. Si un gas se expande libremente fuera de un sistema con presión regulada, se somete a un proceso isotérmico.