Что такое адиабатический процесс?

В физике адиабатический процесс - это система, которая не обменивается теплом с окружающей средой. Это означает, что когда система выполняет работу - будь то движение или механическая работа - в идеале она не делает свое окружение теплее или холоднее. Для систем, включающих газы, адиабатический процесс обычно требует изменения давления для изменения температуры без воздействия на окружающую среду. В атмосфере Земли воздушные массы будут подвергаться адиабатическому расширению и охлаждаться, или они будут испытывать адиабатическое сжатие и нагреваться. Инженеры разработали различные двигатели с процессами, которые хотя бы частично адиабатичны.

Адиабатический процесс - это термодинамический процесс, при котором система не получает и не теряет тепло в окружающей среде. Термодинамический процесс можно понимать как измерение изменений энергии в системе, переходящих из начального состояния в конечное состояние. В приложениях термодинамики система может быть любым четко определенным пространством с единым набором свойств, будь то планета, воздушная масса, дизельный двигатель или вселенная. В то время как системы обладают многими термодинамическими свойствами, важным здесь является изменение температуры, измеряемое приростом тепла или потерей тепла.

Изменение внутренней энергии системы будет происходить всякий раз, когда эта система выполняет работу, например, когда машина, работающая от внутреннего сгорания, перемещает свои части. В адиабатических процессах, в которых участвует большинство атмосферных газов, таких как воздух, сжатие газа внутри системы вызывает нагревание газа, в то время как расширение охлаждает его. Некоторые паровые двигатели используют этот процесс для повышения давления и, следовательно, температуры, и считаются адиабатическими двигателями. Ученые классифицируют адиабатические процессы - от машин до систем погоды - в зависимости от того, являются ли они обратимыми к своей первоначальной температуре.

В рамках адиабатического процесса изменение температуры будет происходить только из-за выполняемой им работы, но не из-за потерь тепла в окружающей среде. Поднимающийся воздух охлаждается, не теряя тепла для соседних воздушных масс Он охлаждается, потому что атмосферное давление, которое сжимает и нагревает воздух ближе к поверхности земли, уменьшается с высотой. Когда давление на газ уменьшается, оно будет расширяться, и термодинамические законы рассматривают расширение как работу. Когда воздушная масса расширяется и выполняет работу, она не отдает тепло другим воздушным массам, которые могут иметь очень разные температуры, и, таким образом, подвергается адиабатическому процессу.

Для идеальной адиабатической системы почти невозможно существовать, потому что обычно теряется некоторое тепло. Существуют математические уравнения, которые ученые используют для моделирования адиабатических процессов, которые предполагают идеальную систему для удобства. Они должны быть скорректированы при планировании реальных двигателей или устройств. Противоположностью адиабатического процесса является изотермический процесс, когда тепло передается за пределы системы в окружающую среду. Если газ свободно расширяется за пределы системы с регулируемым давлением, он подвергается изотермическому процессу.