Hva er en adiabatisk prosess?

I fysikk er en adiabatisk prosess et system som ikke utveksler varme med omgivelsene. Dette betyr at når systemet utfører arbeid - enten det er bevegelse eller mekanisk arbeid - gjør det ideelt sett ikke omgivelsene varmere eller kjøligere. For systemer som involverer gasser, krever en adiabatisk prosess vanligvis endringer i trykk for å skifte temperatur uten å påvirke omgivelsene. I jordens atmosfære vil luftmasser gjennomgå adiabatisk ekspansjon og kjøle seg ned, eller de vil oppleve adiabatisk kompresjon og varme opp. Ingeniører har designet forskjellige motorer med prosesser som i det minste er delvis adiabatiske.

En adiabatisk prosess er en termodynamisk prosess der et system ikke får eller mister varme til omgivelsene. En termodynamisk prosess kan forstås som en måling av energiforandringer i et system, tatt fra en begynnelsestilstand til en slutttilstand. I anvendelser av termodynamikk kan et system være et hvilket som helst klart definert rom med et enhetlig sett med egenskaper, enten det er en planet, en luftmasse, en dieselmotor eller universet. Selv om systemer har mange termodynamiske egenskaper, er det viktige her temperaturendring, målt ved varmegevinst eller varmetap.

En endring i den indre energien i et system vil skje når dette systemet utfører arbeid, som når en maskin drevet av forbrenning beveger sine deler. I adiabatiske prosesser som involverer de fleste atmosfæriske gasser, for eksempel luft, får kompresjon av gassen i systemet gassen til å varme, mens utvidelsen kjøler den. Noen dampmotorer har utnyttet denne prosessen for å øke trykket og dermed temperaturen, og regnes som adiabatiske motorer. Forskere klassifiserer adiabatiske prosesser - fra maskiner til værsystemer - avhengig av om de er reversible til sin opprinnelige temperatur eller ikke.

I en adiabatisk prosess vil en temperaturendring bare skje på grunn av arbeidet som den utfører, men ikke på grunn av varmetap til omgivelsene. Stigende luft avkjøles uten å miste varmen til nærliggende luftmasser. Det avkjøles fordi atmosfæretrykket, som komprimerer og varmer luften nærmere jordoverflaten, avtar med høyden. Når trykket på en gass reduseres, vil den utvide seg, og termodynamiske lover anser utvidelsen for å være arbeid. Når luftmassen utvider seg og utfører arbeid, mister den ikke varmen til andre luftmasser som kan ha veldig forskjellige temperaturer, og dermed gjennomgår en adiabatisk prosess.

Det er nesten umulig for et perfekt adiabatisk system å eksistere, fordi en del varme vanligvis går tapt. Det er matematiske ligninger som forskere bruker for å modellere adiabatiske prosesser som antar et perfekt system for enkelhets skyld. Disse må justeres når du planlegger faktiske motorer eller enheter. Det motsatte av en adiabatisk prosess er en isotermisk prosess, der varme overføres utenfor systemet til omgivelsene. Hvis en gass ekspanderer fritt utenfor et system med regulert trykk, gjennomgår den en isotermisk prosess.