Proceso adiabático termodinámico

En física, un proceso adiabático es un proceso termodinámico en el que no hay transferencia de calor dentro o fuera de un sistema y generalmente se obtiene rodeando todo el sistema con un material fuertemente aislante o realizando el proceso tan rápido que no hay tiempo para que tenga lugar una transferencia de calor significativa.

Aplicando la primera ley de la termodinámica a un proceso adiabático, obtenemos:

delta-Desde delta-U es el cambio en la energía interna y W es el trabajo realizado por el sistema, lo que vemos los siguientes resultados posibles. Un sistema que se expande en condiciones adiabáticas hace un trabajo positivo, por lo que la energía interna disminuye, y un sistema que se contrae en condiciones adiabáticas hace un trabajo negativo, por lo que la energía interna aumenta.

Los golpes de compresión y expansión en un motor de combustión interna son procesos aproximadamente adiabáticos: las pocas transferencias de calor fuera del sistema son insignificantes y prácticamente todo el cambio de energía se produce al mover el pistón..

Fluctuaciones adiabáticas y de temperatura en gas

Cuando el gas se comprime a través de procesos adiabáticos, hace que la temperatura del gas aumente a través de un proceso conocido como calentamiento adiabático; sin embargo, la expansión a través de procesos adiabáticos contra un resorte o presión provoca una caída de temperatura a través de un proceso llamado enfriamiento adiabático.

El calentamiento adiabático ocurre cuando el gas es presurizado por el trabajo realizado en él por sus alrededores, como la compresión del pistón en el cilindro de combustible de un motor diesel. Esto también puede ocurrir de forma natural, como cuando las masas de aire en la atmósfera de la Tierra presionan sobre una superficie como una pendiente en una cadena montañosa, lo que hace que las temperaturas aumenten debido al trabajo realizado en la masa de aire para disminuir su volumen contra la masa terrestre..

El enfriamiento adiabático, por otro lado, ocurre cuando se produce la expansión en sistemas aislados, lo que los obliga a trabajar en las áreas circundantes. En el ejemplo del flujo de aire, cuando esa masa de aire es despresurizada por una elevación en una corriente de viento, se permite que su volumen se extienda nuevamente, reduciendo la temperatura.

Escalas de tiempo y el proceso adiabático

Aunque la teoría del proceso adiabático se mantiene cuando se observa durante largos períodos de tiempo, las escalas de tiempo más pequeñas hacen que adiabático sea imposible en los procesos mecánicos, ya que no hay aisladores perfectos para sistemas aislados, el calor siempre se pierde cuando se realiza el trabajo..

En general, se supone que los procesos adiabáticos son aquellos en los que el resultado neto de la temperatura no se ve afectado, aunque eso no necesariamente significa que el calor no se transfiere durante todo el proceso. Las escalas de tiempo más pequeñas pueden revelar la transferencia minuto de calor sobre los límites del sistema, que finalmente se equilibran en el transcurso del trabajo..

Factores como el proceso de interés, la tasa de disipación de calor, cuánto trabajo se ha reducido y la cantidad de calor perdido a través del aislamiento imperfecto pueden afectar el resultado de la transferencia de calor en el proceso general y, por esta razón, la suposición de que El proceso es adiabático depende de la observación del proceso de transferencia de calor en su conjunto en lugar de sus partes más pequeñas.