Ce vei înțelege
- Aplici bilanțul energetic cu Q zero.
- Recunoști limitele formulei adiabatice reversibile.
Înainte să începi: Citirea atentă a datelor și operații aritmetice de bază.
Într-o transformare adiabatică nu există schimb de căldură cu exteriorul. Temperatura se poate totuși modifica, deoarece energia poate traversa frontiera sistemului sub formă de lucru mecanic.
Explicația pas cu pas
Alegem convenția ΔU = Q − W, unde W este lucrul efectuat de gaz asupra exteriorului. Pentru un proces adiabatic, Q = 0 și rezultă ΔU = −W. La comprimare, exteriorul lucrează asupra gazului, deci W este negativ; energia internă crește. La destindere cu lucru pozitiv, energia internă scade. Pentru un gaz ideal, energia internă depinde de temperatură, astfel încât cele două schimbări se reflectă în temperatura gazului.
Izolarea termică poate aproxima un proces adiabatic. Și un proces suficient de rapid poate avea schimb termic mic în raport cu celelalte transferuri, dar rapid nu înseamnă automat reversibil. Pentru un gaz ideal cu capacități calorice constante, relația pV^γ = constant se aplică adiabaticei reversibile, unde γ este raportul capacităților calorice. Nu este o regulă pentru orice proces fără schimb de căldură.
Exemplu și verificare
Un gaz dintr-un cilindru izolat este comprimat, iar exteriorul efectuează asupra lui un lucru de 240 J. În convenția aleasă, W = −240 J și ΔU = +240 J. Dacă pentru cantitatea respectivă de gaz capacitatea calorică la volum constant este 12 J/K și poate fi tratată constantă, variația temperaturii este ΔT = 240/12 = 20 K.
Verifică semnul înainte de calcul: comprimarea cu aport de lucru trebuie să crească energia internă în acest exemplu. Pentru o destindere adiabatică în care gazul efectuează 240 J, semnele se inversează. Totuși, la destinderea liberă a unui gaz ideal într-un vid, lucrul exterior este zero; faptul că volumul crește nu garantează singur răcirea.
Confuzia de evitat
Adiabatic nu este sinonim cu izoterm. Primul termen descrie absența transferului de căldură, al doilea descrie temperatura constantă. Un sistem poate să se încălzească fără să primească energie prin căldură, dacă primește lucru mecanic.
Întrebări frecvente
Este necesar ca pereții să fie perfect izolatori?
Nu pentru o aproximație experimentală. Este suficient ca schimbul termic să fie neglijabil pe durata analizată, comparativ cu energia transferată prin lucru.
Pot folosi pV^γ constant la o destindere liberă?
Nu. Destinderea liberă este ireversibilă și nu îndeplinește condițiile formulei adiabatice reversibile. Se analizează pornind de la bilanțul energetic și condițiile procesului.
O creștere de 20 K diferă de una de 20 °C?
Nu ca interval de temperatură: mărimea variației este aceeași. Valorile absolute diferă prin originea scărilor, iar în rapoarte termodinamice folosim kelvini.
Continuă studiul în biblioteca de lecții sau explorează alte curiozități științifice.
