Podstawowe zasady termodynamiki obejmują sposób przekazywania energii między dwoma podmiotami. Istnieje szereg procesów, poprzez które następuje wspomniany transfer energii, i te różne procesy nazywane są procesami termodynamicznymi. Często przedstawia się je jako funkcje ciśnienia i objętości lub temperatury i entropii. Adiabatyczny i Izentropowy to dwa z takich procesów.
Adiabatyczny vs Izentropowy
Różnica między terminami adiabatyczny i izentropowy polega na zaangażowanym mechanizmie przenoszenia energii i rodzaju systemów, którymi są w konsekwencji. Oba terminy mają różne znaczenia, jednak w odniesieniu do termodynamiki reprezentują warunki zewnętrzne narzucone danemu systemowi energetycznemu.
Termin adiabatyczny oznacza, że nie ma wymiany ciepła, tj. ciepło nie jest ani tracone, ani pozyskiwane podczas przesyłania energii. Stanowi więc system izolowany termicznie. Reprezentuje idealny proces transferu energii. Może być odwracalny (gdzie całkowita energia wewnętrzna pozostaje niezmieniona) lub nieodwracalny (całkowita energia wewnętrzna ulega zmianie). W procesie adiabatycznym całkowita wymiana ciepła między systemem a jego otoczeniem wynosi zero. W rezultacie jedyną zmienną wpływającą na zmianę energii wewnętrznej układu jest wykonana praca
Izentropowy oznacza wyidealizowany proces adiabatyczny – taki, który jest odwracalny i nie ulega zmianie w entropii. Zarówno procesy izentropowe, jak i adiabatyczne procesy odwracalne są typami procesów politropowych. Procesy politropowe to te, które podlegają PV = C. W tym przypadku P reprezentuje ciśnienie, V reprezentuje objętość, a n we wspomnianych dwóch procesach wynosi ? a C jest stałą. Procesy adiabatyczne zachodzą w układzie ściśle izolowanym termicznie, podczas gdy procesy izentropowe mogą nie.
Tabela porównawcza między adiabatycznym i izentropowym
| Parametry porównania | adiabatyczny | Izentropowy |
|---|---|---|
| Istotne warunki | – Idealnie izolowany system – Szybki proces ułatwiający wymianę ciepła | – Entropia musi pozostać stała – Odwracalna |
| Związek z gazem idealnym | Odwracalny: PV? = StałaNieodwracalny: dU = -P(wewn.) dV (funkcja zmiany energii wewnętrznej, ciśnienia i objętości) | PV? jest zawsze stała |
| Całkowita energia wewnętrzna (U = Q + W) | Energia wewnętrzna jest równa wykonanej pracy, ponieważ układ jest izolowany termicznie (Q = 0) | Energia wewnętrzna jest równa sumie zastosowanego ciepła zewnętrznego i wykonanej pracy |
| Zmiana entropii (ΔS) | Odwracalny – Brak zmian w entropiiNieodwracalny – Zmiana entropii reprezentowana jako funkcja wymiany ciepła netto i temperatury układu. | Entropia pozostaje niezmieniona |
| Możliwe przypadki użycia | Zjawisko meteorologiczne rozerwania ciepła | Turbiny |
Co to jest adiabatyczny?
Procesy adiabatyczne mogą być dwojakiego rodzaju – ekspansja adiabatyczna i kompresja adiabatyczna. W adiabatycznej ekspansji gazu doskonałego, gaz doskonały w układzie wykonuje swoją pracę i dlatego temperatura układu spada. Ze względu na spadek temperatury jest to chłodzenie adiabatyczne. Wręcz przeciwnie, w adiabatycznym sprężaniu gazu doskonałego praca jest wykonywana na układzie zawierającym gaz w izolowanym termicznie środowisku. W rezultacie wzrasta temperatura gazu. Daje to początek tak zwanemu ogrzewaniu adiabatycznemu. W związku z tym właściwości te są wykorzystywane w konkretnych zastosowaniach rzeczywistych. Na przykład właściwości rozszerzalności są wykorzystywane w wieżach chłodniczych, a właściwości sprężania są wykorzystywane w silnikach wysokoprężnych
Co to jest izentropowy?
Proces izentropowy, jak sugeruje termin, to taki, w którym nie ma wymiany ciepła netto, a co ważniejsze, entropia układu jest stała. W odwracalnych procesach adiabatycznych zmiana entropii wynosi zero. Dlatego też wszystkie odwracalne procesy adiabatyczne są również procesami izentropowymi. Jednak w tym przypadku nie zawsze jest to sugerowane odwrotnie. Istnieją procesy izentropowe, które nie są adiabatyczne. Kluczowym punktem do odnotowania w przypadku procesów izentropowych jest to, że nie zachodzi zmiana entropii.
System może podlegać entropii dodatniej oraz równej i przeciwnej entropii ujemnej. W takim przypadku zmiana netto entropii nadal pozostaje zerowa, ponieważ dwie wartości entropii równoważą się nawzajem. Taki układ nie jest adiabatyczny (ponieważ nie jest to układ izolowany termicznie), ale jest izentropowy. Większość układów izentropowych charakteryzuje się również głównie brakiem tarcia. Ten brak tarcia umożliwia odwracalność procesu i wyidealizowany proces adiabatyczny.
Główne różnice między adiabatycznym a izentropowym
Wniosek
Istnieje niezliczona ilość ścieżek, którymi może podążać proces termodynamiczny. Na podstawie wyników, które system ma zapewnić, można majstrować przy zmiennych, takich jak ciśnienie, wykonana praca. W rezultacie powstają unikalne kombinacje wyników. Procesy adiabatyczne i procesy izentropowe występują jako wyniki odrębnych układów termodynamicznych, w których warunki wstępne dotyczą odpowiednio energii cieplnej i entropii. Choć różnią się one uwarunkowaniami systemowymi, nie są to systemy wzajemnie się wykluczające. Zarówno procesy adiabatyczne, jak i procesy izentropowe mają znaczące przypadki użycia w prawdziwym życiu.
Bibliografia
1. https://sci-hub.se/https://aapt.scitation.org/doi/abs/10.1119/1.1973642. http://www.asimow.com/reprints/PhilTrans_355_255.pdf3.
