Che cos'è un processo adiabatico?
In fisica, un processo adiabatico è un sistema che non scambia calore con il suo ambiente. Ciò significa che quando il sistema esegue un lavoro - che si tratti di movimento o di lavoro meccanico - idealmente non rende i suoi dintorni più caldi o più freddi. Per i sistemi che coinvolgono gas, un processo adiabatico richiede solitamente cambiamenti di pressione per spostare la temperatura senza influire sull'ambiente circostante. Nell'atmosfera terrestre, le masse d'aria subiranno un'espansione adiabatica e si raffredderanno, oppure sperimenteranno una compressione adiabatica e si surriscalderanno. Gli ingegneri hanno progettato vari motori con processi almeno parzialmente adiabatici.
Un processo adiabatico è un processo termodinamico in cui un sistema non guadagna o perde calore nell'ambiente circostante. Un processo termodinamico può essere inteso come una misurazione dei cambiamenti di energia all'interno di un sistema, portato da uno stato iniziale a uno stato finale. Nelle applicazioni della termodinamica, un sistema può essere qualsiasi spazio chiaramente definito con un insieme uniforme di proprietà, che sia un pianeta, una massa d'aria, un motore diesel o l'universo. Mentre i sistemi hanno molte proprietà termodinamiche, quello importante qui è il cambiamento di temperatura, misurato dal guadagno o dalla perdita di calore.
Un cambiamento nell'energia interna di un sistema si verificherà ogni volta che quel sistema esegue un lavoro, come quando una macchina alimentata dalla combustione interna sposta le sue parti. Nei processi adiabatici che coinvolgono la maggior parte dei gas atmosferici, come l'aria, la compressione del gas all'interno del sistema provoca il riscaldamento del gas, mentre l'espansione lo raffredda. Alcuni motori a vapore hanno approfittato di questo processo per aumentare la pressione e quindi la temperatura e sono considerati motori adiabatici. Gli scienziati classificano i processi adiabatici - dalle macchine ai sistemi meteorologici - a seconda che siano o meno reversibili alla loro temperatura originale.
All'interno di un processo adiabatico, un cambiamento di temperatura avverrà solo a causa del lavoro che esegue, ma non a causa della perdita di calore nel suo ambiente. L'aumento dell'aria si raffredda senza perdere calore per le masse d'aria vicine. Si raffredda perché la pressione atmosferica, che comprime e riscalda l'aria più vicino alla superficie terrestre, diminuisce con l'altitudine. Man mano che la pressione su un gas si riduce, si espanderà e le leggi termodinamiche considerano l'espansione come un lavoro. Quando la massa d'aria si espande ed esegue il lavoro, non perde calore ad altre masse d'aria che possono avere temperature molto diverse e quindi subisce un processo adiabatico.
È quasi impossibile che esista un perfetto sistema adiabatico, perché di solito si perde un po 'di calore. Ci sono equazioni matematiche che gli scienziati usano per modellare i processi adiabatici che assumono un sistema perfetto per comodità. Questi devono essere regolati durante la pianificazione di motori o dispositivi effettivi. L'opposto di un processo adiabatico è un processo isotermico, in cui il calore viene trasferito al di fuori del sistema nell'ambiente circostante. Se un gas si espande liberamente al di fuori di un sistema a pressione regolata, subisce un processo isotermico.