Este artículo analiza en detalle la expansión adiabática reversible. Un proceso adiabático es un proceso en el que no se produce la transferencia de calor a través de las paredes del sistema.
Los procesos reversibles son aquellos procesos que son ideales. Se puede rastrear todo el camino que siguió el fluido de trabajo, lo que significa que si se lleva a cabo un proceso 1-2, puede pasar del 2-1 siguiendo el mismo camino. Esto significa que no hay pérdidas dentro del sistema.
¿Qué es la expansión adiabática reversible?
Como se discutió anteriormente, los procesos reversibles son procesos ideales y Los procesos adiabáticos son aquellos en los que la transferencia de calor no tiene lugar. Los procesos reversibles son infinitesimalmente lentos, es decir, en una disposición de cilindro de pistón, el pistón se mueve a una velocidad muy lenta de modo que parece estacionario.
La expansión adiabática reversible es el proceso en el que el volumen del gas se expande o aumenta después de que se completa el proceso. La temperatura del fluido de trabajo o del sistema disminuye como resultado de la expansión.
Fórmula de expansión adiabática reversible
La formula para expansión adiabática muestra la relación entre el volumen y la temperatura. La temperatura se reduce con el aumento de volumen.
La fórmula se da a continuación:
T2-T1 = (V1/V2)γ-1/γ
Temperatura de expansión adiabática reversible
La temperatura disminuye con el aumento de volumen. Por lo tanto, en el proceso de expansión adiabática reversible, la temperatura disminuye.
La temperatura en el proceso de expansión adiabática reversible disminuye con el aumento de volumen. La relación entre volumen y temperatura se analiza en las secciones anteriores.
Entropía de expansión adiabática reversible
La entropía es la medida de la aleatoriedad o el grado de desorden. Es una cantidad muy importante en termodinámica. La eficiencia o calidad de cualquier ciclo termodinámico depende de la entropía.
En la expansión adiabática reversible, la entropía del sistema es cero. Para cualquier proceso adiabático reversible, la entropía del sistema permanece cero.
Expansión adiabática reversible de un gas ideal
Un gas se considera ideal cuando no tiene fricción y no incurre en pérdidas mientras termodinámica se está llevando a cabo el proceso. Al tratar con problemas de termodinámica, el gas generalmente se considera ideal para cálculos sencillos.
Las fórmulas importantes relacionadas con el gas ideal cuando sufre una expansión adiabática reversible se dan a continuación:
T2-T1 = (V1/V2)γ-1/γ
y para la relación presión-temperatura,
T2-T1 = (pag2/P1)γ-1/γ
Expansión adiabática reversible de un gas real
Un gas real no es de naturaleza ideal, es decir, no obedece a las leyes de los gases ideales. Muestran efectos compresibles, no están exentos de fricción, tienen capacidades caloríficas específicas variables, etc. Por lo tanto, el trabajo realizado por un gas real es siempre menor que el trabajo realizado por un gas ideal.
La ecuación de Van Der Wall para un gas real se da a continuación:
(p + un2/V2)(V – nota) = nRT
Claramente, el trabajo obtenido mientras se realiza la expansión adiabática reversible del gas real es mucho menor que el obtenido con el gas ideal.
Supuestos hechos para gas ideal
Un gas nunca puede ser ideal. Todos los gases son reales de una u otra forma. Sin embargo, se pueden hacer algunas suposiciones con respecto a un gas ideal que nos ayudan a tener una idea de cuán ideal es un gas en particular. Las suposiciones hechas para el gas ideal se dan a continuación:
- Cero interacciones entre partículas- Los átomos de gas no chocan entre sí.
- Sin fricción- El gas no se verá afectado por la fricción en todo su proceso termodinámico.
- Incompresible- La densidad del gas permanece constante en todo momento, no cambia con los cambios en la presión o temperatura circundante.
- Tiende a fallar a temperaturas más bajas y presiones altas- Esto sucede porque las interacciones intermoleculares se vuelven significativas en esta etapa.
En situaciones prácticas, todos los gases son de naturaleza ideal y el gas más cercano al gas ideal es El gas helio debido a su inercia naturaleza.
Características de un gas real
Las características del gas real son todo lo que no es ideal por naturaleza. Esto sucede debido a interacciones intermoleculares, fricción y otras variables. Las características del gas ideal son las siguientes:
- Compresible- Los gases reales son comprimibles, lo que significa que se puede cambiar su densidad.
- Capacidad calorífica variable- Sus capacidades caloríficas no son constantes, pueden cambiar con los cambios en el entorno.
- Fuerzas de Van Der Walls- Estas fuerzas surgen debido a la interacción dependiente de la distancia entre las moléculas. En la fórmula para el gas real, hay un factor de corrección para los efectos de presión y volumen.
- Efectos termodinámicos no equilibrados.
Trabajo realizado en proceso adiabático reversible
La transferencia de calor es cero en un proceso adiabático reversible. Entonces el trabajo no se transfiere en forma de calor sino de cambio de volumen.
La fórmula que representa la trabajo realizado en un proceso adiabático reversible se da a continuación-
W = nR(T1-T2)/γ-1
Créditos de las imágenes: Usuario: Stannered, Adiabático, CC BY-SA 3.0
Entalpía de expansión adiabática reversible
La entalpía es una función. de calor Cambia con la cantidad de transferencia de calor que tiene lugar.
La entalpía depende de la tasa de transferencia de calor que tiene lugar. Dado que, en un proceso adiabático, el cambio en el contenido de calor es cero, por lo que el entalpía el cambio también es cero.
Temperatura final de expansión adiabática reversible
Durante un proceso de expansión adiabática, la temperatura final es siempre menor que la temperatura inicial como resultado del proceso de expansión.
Las la temperatura se puede calcular a partir de la relación temperatura-volumen dada a continuación-
T2/T1 = (V1/V2)γ-1/γ
La temperatura final también se puede calcular a partir de la relación temperatura-presión que se indica a continuación:
T2/T1 = (pag2/p1)γ-1/γ
Ejemplo de expansión adiabática reversible
Ningún proceso es completamente reversible o adiabático, sin embargo, lo más cerca que podemos llegar a un proceso adiabático reversible es la propagación de la onda sonora en los fluidos.
En el ciclo de Carnot (nuevamente un ciclo ideal) usa reversible expansión adiabática y compresión adiabática reversible para propósitos de expansión y compresión.
Por qué el cambio de entropía para un proceso adiabático reversible es cero
La entropía de un sistema cambia si cambia el contenido de calor del sistema. Desde entonces, el transferencia de calor está prohibido por las paredes del sistema adiabático, el cambio de entropía neta también es cero.
Gráficamente, las propiedades que forman un camino cerrado son cero. Eso significa que el punto de inicio y el final son los mismos. En el caso de la entropía, dado que sigue un ciclo reversible, la entropía vuelve al mismo camino a su posición original. Por tanto, es cero.
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