Proceso adiabático: 7 datos interesantes que debes saber

Tema de discusión: Proceso adiabático

Proceso adiabático definición
Ejemplos de procesos adiabáticos
Fórmula de proceso adiabático
Derivación del proceso adiabático
Trabajo del proceso adiabático realizado
Proceso adiabático reversible e irreversible proceso adiabático
Gráfico adiabático

Definición de proceso adiabático

Cumpliendo con la primera ley de la termodinámica, el proceso que ocurre durante la expansión o compresión donde no hay intercambio de calor del sistema al entorno puede conocerse como un proceso adiabático. A diferencia de la proceso isotérmico, el proceso adiabático transfiere energía al entorno en forma de trabajo. Puede ser un proceso reversible o irreversible.

En realidad, nunca se puede obtener un proceso perfectamente adiabático ya que ningún proceso físico puede ocurrir espontáneamente ni un sistema puede aislarse perfectamente.

Siguiendo la primera ley de la termodinámica que dice que cuando la energía (como trabajo, calor o materia) entra o sale de un sistema, la energía interna del sistema cambia de acuerdo con la ley de conservación de la energía, donde E se puede denotar como el energía interna, mientras que Q es el calor agregado al sistema y W es el trabajo realizado.

ΔE=Q-W

Para un proceso adiabático donde no hay intercambio de calor,

ΔE= -W

Las condiciones necesarias para que tenga lugar un proceso adiabático son:

El sistema debe estar completamente aislado de su entorno.
Para que la transferencia de calor ocurra en una cantidad de tiempo suficiente, el proceso debe realizarse rápidamente.

Proceso adiabático Ejemplo

Proceso de expansión en un motor de combustión interna que se encuentra entre gases calientes.
El análogo cuántico-mecánico de un oscilador conocido clásicamente como el oscilador armónico cuántico.
Gases licuados en un sistema de enfriamiento.
El aire liberado por un neumático es el caso más importante y común de un proceso adiabático.
El hielo almacenado en una nevera sigue los principios de que el calor no se transfiere dentro y fuera de los alrededores.
Las turbinas, que utilizan el calor como medio para generar trabajo, se consideran un excelente ejemplo, ya que reducen la eficiencia del sistema a medida que el calor se pierde en el entorno.

Vea también Tipos y funciones de enchufes eléctricos

Ejemplo de proceso adiabético — Proceso adiabático Ejemplo de movimiento del pistón. Credito de imagen : Andlao, Cambio de estado adiabático-irrevisible, CC0 1.0

Fórmula de proceso adiabático

La expresión de un proceso adiabático en términos matemáticos puede estar dada por:

ΔQ = 0

Q = 0,

ΔU = -W, (ya que no hay flujo de calor en el sistema)

$U= frac{3}{2} nRDelta T= -W$

Por lo tanto,

$W= frac{3}{2} nR(T_{i} - T_{f})$

Considere un sistema donde se realiza la exclusión de interacciones de trabajo y calor en un proceso adiabático estacionario. Las únicas interacciones energéticas son el trabajo de límites que realiza el sistema en su entorno.

$delta q=0=dU+delta W,$

$0 = dU + PdV$

Gas ideal

La cantidad de energía térmica por unidad de temperatura no disponible para realizar un trabajo específico se puede definir como la entropía de un sistema. Un gas especulativo que comprende el movimiento aleatorio de partículas puntuales sujetas a interacciones moleculares entre partículas es ideal.

La forma molar de la fórmula del gas ideal viene dada por:

$PV = RT$

$dU = C_ {v}. dT$

$C_{v}dT + (frac{RT}{V})dV = 0$

$flecha derecha frac{dT}{T}= -(frac{R}{C_{v}}) frac{dV}{V}$

Integrando las ecuaciones,

$ln(frac{T_{2}}{T_{1}}) = (frac{R}{C_{v}})ln(frac{V_{1}}{V_{2}})$

$izquierda ( frac{T_{2}}{T_{1}} derecha )=izquierda ( frac{V_{1}}{V_{2}} derecha )frac{R}{C_{v}}$

Ecuación del proceso adiabático se puede denotar como:

PVY = constante

Dónde,

P = presión
V = volumen
Y = índice adiabático; (C_p/C_v)

Para un proceso adiabático reversible,

P^1-YT^Y = constante,
VT^{f / 2} = constante,
TV^Y-1 = constante. (T = temperatura absoluta)

Este proceso también se conoce como proceso isentrópico, un proceso termodinámico idealizado que contiene transferencias de trabajo sin fricción y adiabático. En este proceso reversible, no hay transferencia de calor ni trabajo.

Derivación del proceso adiabático

La alteración de la energía interna dU en un sistema para trabajar hecho dW más el calor agregado dQ a ella se le puede asociar como la primera ley de la termodinámica a través de la cual se puede derivar el proceso adiabático.

$dU = dQ-dW$

Según la definición,

$dQ = 0$

Por lo tanto,

$dQ = 0 = dU + dW$

La adición de calor aumenta la cantidad de energía. U definiendo el calor específico como la cantidad de calor agregado por un aumento unitario en el cambio de temperatura por 1 mol de una sustancia.

$C_{v}=frac{dU}{dT}(frac{1}{n})$

(n es el número de moles), por lo tanto:

$0 = PdV + nC_ {v} dT$

Derivado del ley de los gases ideales,

$PV = nRT$

$PdV + VdP = nRdT$

Fusión de ecuación 1 y 2,

$-PdV =nC_{v}dT = frac{C_{v}}R izquierda ( PdV +VdP derecha )0 = izquierda ( 1+frac{C_{v}}{R} derecha )PdV +frac{C_{v} }{R}VdP0=izquierda ( frac{R+C_{v}}{C_{v}} derecha )frac{dV}{V}+frac{dP}{P}$

Para una presión constante C_p, se agrega calor y,

$C_{p}=C_{v}+R0 = gamma izquierda ( frac{dV}{V} derecha )+frac{dP}{P}$

γ es el calor especifico

$gamma = frac{C_{p}}{C_{v}}$

Utilizando los conceptos de integración y diferenciación se llega a:

$dizquierda ( lnx derecha )= frac{dx}{x}0=gamma dizquierda ( lnV derecha ) + d(lnP)0=d(gamma lnV+lnP) = d(lnPV^{gamma })PV^{gamma }= constante$

Esta ecuación anterior se vuelve real para un gas ideal dado que contiene el proceso adiabático.

Proceso adiabático Trabajo realizado.

Por una presión P y un área de sección transversal A moviéndose a través de una pequeña distancia dx, la fuerza que actúa vendría dada por:

Vea también 9 Ejemplo de expansión térmica: explicaciones detalladas

$F = PA$

Y el trabajo realizado en el sistema se puede escribir como:

$dW = Fdx = PAdx = PdV$

Ya que,

$dW = PdV$

El trabajo neto producido por la expansión del gas a partir del volumen del gas V_i a V_f (inicial de la final) se dará como

W = área de ABDC del gráfico trazado a medida que tiene lugar el proceso adiabático. Las condiciones a seguir están asociadas con un ejemplo de un cilindro de pistón perfectamente no conductor con una molécula de un gramo de un gas perfecto. El contenedor del cilindro debe estar hecho de un material aislante y la curva trazada por el gráfico debe ser más nítida.

Considerando que, en un método analítico para derivar el trabajo realizado en el sistema sería el siguiente:

$W=int_{0}^{W}dW=int_{V_{1}}^{V_{2}}PdV$ —– (1)

Inicialmente, para un cambio adiabático, podemos asumir:

$PV_{gamma}=constante = K$

Que puede ser

De (1),

$W=int_{V_{1}}^{V_{2}}frac{K}{V^{gamma }}dV=Kint_{V_{1}}^{V_{2}}V^{-gamma }dV$

$W=izquierda | frac{V^{1-gamma}}{1-gamma} derecha |=frac{K}{1-gamma}izquierda [V_{2}^{1-gamma}-V_{1}^{1-gamma} bien ]$

Para resolver

$P_{1}V_{1}^{gamma}=P_{2}V_{2}^{gamma}=K$

Por tanto,

Cual es,

Tomando T₁ y T₂como las temperaturas inicial y final del gas respectivamente,

$P_{1}V_{1}^{gamma}=P_{2}V_{2}^{gamma}=K$

Usando esto en la ecuación (2),

$W=izquierda [ frac{R}{1-gamma } derecha ]izquierda [ T_{2}-T_{1} derecha ]$

$W=izquierda [ frac{R}{gamma-1 } derecha ]izquierda [ T_{1}-T_{2} derecha ]$ —- (3)

El calor necesario durante el proceso de expansión para realizar el trabajo es:

$=izquierda [ frac{R}{J(gamma-1)} derecha ]izquierda [ T_{1}-T_{2} derecha ]$

Como R es la constante de gas universal y durante la expansión adiabática, el trabajo realizado es directamente proporcional a la disminución de temperatura, mientras que el trabajo realizado durante una compresión adiabática es negativo.

Por lo tanto,

$W=-izquierda [ frac{R}{gamma-1} derecha ]izquierda [ T_{1}-T_{2} derecha ]$

$W=-izquierda [frac{R}{1-gamma} derecha] izquierda [T_{2}-T_{1} derecha] ----izquierda (4 derecha)$

Esto se puede dar como trabajo realizado en un proceso adiabático.

Y el calor expulsado durante el proceso es:

Gráfico adiabático

Proceso adiabático1 — Varias curvas en el proceso termodinámico
credito de imagen : Usuario: Stannered, Adiabático, CC BY-SA 3.0

La representación matemática de la curva de expansión adiabática está representada por:

$VP^{gamma}=C$

P, V, T son la presión, el volumen y la temperatura del proceso. Considerando las condiciones de la etapa inicial del sistema como P₁, V₁, y T₁, definiendo también la etapa final como P₂, V₂, y T₂ respectivamente, el diagrama de gráfico PV se traza esencialmente para un movimiento de cilindro de pistón calentado adiabáticamente desde el estado inicial al final para am kg de aire.

Entropía adiabática, compresión y expansión adiabática

Un gas al que se le permite expandirse libremente sin la transferencia de energía externa desde una presión más alta a una presión más baja se enfriará esencialmente por la ley de expansión y compresión adiabáticas. Del mismo modo, un gas se calentará si se comprime desde una temperatura más baja a una temperatura más significativa sin la transferencia de energía de la sustancia.

El paquete de aire se expandirá si se reduce la presión del aire circundante.
Hay una disminución de la temperatura a mayores altitudes debido a la disminución de la presión ya que son directamente proporcionales en el caso de este proceso.
La energía se puede utilizar para realizar trabajos de expansión o para mantener la temperatura del proceso y no ambos al mismo tiempo.

Vea también Diferencia entre el estrés principal primero, segundo y tercero: problemas, ejemplos, hechos

Proceso adiabático reversible

$dE=frac{dQ}{dT}$

El proceso sin fricción donde la entropía del sistema permanece constante se acuña como el término reversible o proceso isentrópico. Esto significa que el cambio de entropía es constante. La energía interna es equivalente al trabajo realizado en el proceso de expansión.

Como no hay transferencia de calor,

$dQ = 0$

Por tanto,

$frac{dQ}{dT}=0$

Lo que significa que,

$dE = 0$

Ejemplos de un reversible proceso isentrópico Se pueden encontrar en turbinas de gas.

Proceso adiabático irreversible

Como sugiere el nombre, el proceso de disipación por fricción interna que resulta en el cambio de entropía del sistema durante la expansión de los gases es un proceso adiabático irreversible.

Esto generalmente significa que la entropía aumenta a medida que avanza el proceso que no se puede realizar en equilibrio y no se puede rastrear hasta su estado original.

Saber sobre termodinámica haga clic aquí

TechieScience Core Pyme

El equipo central para PYME de TechieScience es un grupo de expertos en la materia con experiencia en diversos campos científicos y técnicos, incluidos física, química, tecnología, electrónica e ingeniería eléctrica, automoción e ingeniería mecánica. Nuestro equipo colabora para crear artículos de alta calidad y bien investigados sobre una amplia gama de temas de ciencia y tecnología para el sitio web TechieScience.com.

Todas nuestras PYME senior tienen más de 7 años de experiencia en los campos respectivos. Son profesionales de la industria que trabajan o están asociados con diferentes universidades. Referirse Nuestros autores Página para conocer Sobre nuestro Core Pymes.

Proceso adiabático: 7 datos interesantes para saber

Tema de discusión: Proceso adiabático

Definición de proceso adiabático

Proceso adiabático Ejemplo

Fórmula de proceso adiabático

Gas ideal

Derivación del proceso adiabático

Proceso adiabático Trabajo realizado.

Gráfico adiabático

Entropía adiabática, compresión y expansión adiabática

Proceso adiabático reversible

Proceso adiabático irreversible

Deja un comentario

Tema de discusión: Proceso adiabático

Definición de proceso adiabático

Proceso adiabático Ejemplo

Fórmula de proceso adiabático

Gas ideal

Derivación del proceso adiabático

Proceso adiabático Trabajo realizado.

Gráfico adiabático

Entropía adiabática, compresión y expansión adiabática

Proceso adiabático reversible

Proceso adiabático irreversible

Deja un comentario

Hola compañero lector,