Co to jest proces adiabatyczny?
W fizyce proces adiabatyczny to układ, który nie wymienia ciepła z otoczeniem. Oznacza to, że gdy system wykonuje pracę - ruchową lub mechaniczną - idealnie nie ogrzewa i nie chłodzi otoczenia. W przypadku układów z gazami proces adiabatyczny zwykle wymaga zmian ciśnienia w celu przesunięcia temperatury bez wpływu na otaczające środowisko. W atmosferze ziemskiej masy powietrza ulegną adiabatycznej ekspansji i ostygną, lub doświadczą adiabatycznej kompresji i nagrzania. Inżynierowie zaprojektowali różne silniki z procesami, które są przynajmniej częściowo adiabatyczne.
Proces adiabatyczny to proces termodynamiczny, w którym system nie zyskuje ani nie traci ciepła do otaczającego go środowiska. Proces termodynamiczny można rozumieć jako pomiar zmian energii w systemie, przenoszony ze stanu początkowego do stanu końcowego. W zastosowaniach termodynamicznych układem może być dowolna jasno określona przestrzeń o jednolitym zestawie właściwości, czy to planeta, masa powietrza, silnik Diesla czy wszechświat. Chociaż systemy mają wiele właściwości termodynamicznych, istotną tutaj jest zmiana temperatury mierzona przyrostem lub utratą ciepła.
Zmiana energii wewnętrznej układu nastąpi za każdym razem, gdy system ten wykonuje pracę, na przykład gdy maszyna napędzana spalaniem wewnętrznym porusza swoje części. W procesach adiabatycznych z udziałem większości gazów atmosferycznych, takich jak powietrze, sprężanie gazu w układzie powoduje, że gaz się nagrzewa, a ekspansja chłodzi go. Niektóre silniki parowe wykorzystały ten proces do zwiększenia ciśnienia, a tym samym temperatury, i są uważane za silniki adiabatyczne. Naukowcy klasyfikują procesy adiabatyczne - od maszyn po systemy pogodowe - według tego, czy są one odwracalne do ich pierwotnej temperatury.
W ramach procesu adiabatycznego zmiana temperatury nastąpi tylko z powodu pracy, którą wykonuje, ale nie z powodu strat ciepła do otoczenia. Unoszące się powietrze chłodzi się, nie tracąc ciepła na sąsiednie masy powietrza. Ochładza się, ponieważ ciśnienie atmosferyczne, które ściska i ogrzewa powietrze bliżej powierzchni ziemi, maleje wraz z wysokością. Gdy ciśnienie na gazie jest zmniejszane, będzie się ono rozszerzać, a prawa termodynamiczne uznają ekspansję za pracę. Gdy masa powietrza rozszerza się i wykonuje pracę, nie traci ciepła na inne masy powietrza, które mogą mieć bardzo różne temperatury, a zatem przechodzi proces adiabatyczny.
Jest prawie niemożliwe, aby istniał idealny system adiabatyczny, ponieważ zwykle traci się trochę ciepła. Istnieją równania matematyczne, których naukowcy używają do modelowania procesów adiabatycznych, które zakładają idealny system dla wygody. Należy je dostosować podczas planowania rzeczywistych silników lub urządzeń. Przeciwieństwem procesu adiabatycznego jest proces izotermiczny, w którym ciepło jest przenoszone na zewnątrz systemu do otaczającego go środowiska. Jeżeli gaz swobodnie rozpręża się poza układem o regulowanym ciśnieniu, przechodzi proces izotermiczny.