Compressione adiabatica è un processo termodinamico, in cui l'energia interna del sistema aumenta a causa dell'aumento della temperatura.
Compressione adiabatica è caratterizzato da un trasferimento nullo di calore tra il sistema e l'ambiente circostante. L'aumento della temperatura durante la compressione adiabatica porta ad un aumento della pressione che normalmente si osserva essere molto più ripida della velocità di diminuzione del volume.
Un processo adiabatico può essere definito dall'espressione:
PVꝩ = Costante
Dove,
P= Pressione del sistema
V: volume di sistema
ꝩ = Rapporto del calore specifico del gas (Cp/Cv)
Qui Cp è il calore specifico in condizioni di pressione costante e Cv è il calore specifico in condizioni di volume costante. Nell'equazione di cui sopra, si considera che il sistema sia perfettamente isolato dall'ambiente circostante in modo tale che dQ=0, ovvero nessun trasferimento di calore avvenga con l'ambiente circostante. L'altra ipotesi delle espressioni precedenti è che il gas deve essere un gas ideale (fattore di comprimibilità = 1)
Nell'operazione pratica, il comportamento ideale è mostrato da pochi gas o composizione di gas. Inoltre, c'è sempre una dispersione di calore nell'ambiente circostante quando un lavoro fotovoltaico viene eseguito da un sistema. Tuttavia, per tutti gli scopi pratici, la maggior parte dei gas mostra un comportamento vicino a quello ideale pressione e temperatura al di sopra del loro punto di ebollizione. In queste condizioni le collisioni tra i gas sono perfettamente elastiche e le forze intermolecolari tra gli atomi in collisione sono quasi inesistenti.
Immagine|: collisione elastica
Fonte: https://www.nuclear-power.com/nuclear-engineering/thermodynamics/ideal-gas-law/what-is-ideal-gas/
Un altro pratico esempio di processo adiabatico è la turbina a gas operazione, in cui il processo di modifica è molto raid. In questi processi, la perdita di calore si verifica ma la quantità è piuttosto bassa rispetto al calore trasferito nel processo, rendendola insignificante. Un altro esempio di un processo adiabatico è la compressione e le corse di espansione di un motore a combustione interna.
PV diagramma di colpi in un motore IC
Image Source: https://engineeringinsider.org/adiabatic-process-types/
Cos'è la compressione adiabatica?
In termodinamica, an processo adiabatico è caratterizzato da dQ=0, dove Q è il cuore trasferito con l'ambiente circostante.
La compressione adiabatica è un processo in cui il lavoro FV svolto è negativo e si traduce in un aumento della temperatura del sistema. Questo aumento della temperatura aumenta l'energia interna del sistema.
La compressione adiabatica presuppone un perfetto isolamento, che è puramente teorico. L'assunzione adiabatica può tuttavia essere fatta con sicurezza dagli ingegneri per tutti gli scopi pratici in processi che sono abbastanza ben isolati o che sono molto rapidi.
Compressione Adiabatica come funziona?
La compressione adiabatica funziona sugli stessi principi di quella del primo principio della termodinamica.
Il primo principio della termodinamica afferma che
dQ= dU + dW
In compressione adiabatica, poiché il trasferimento di calore con l'ambiente è nullo, l'equazione di cui sopra può essere scritta come:
dU= -PdV
Quanto sopra implica che l'aumento dell'energia interna corrisponde alla diminuzione del volume. L'aumento dell'energia interna è indicato dall'aumento della temperatura del sistema.
PV Schema di un processo adiabatico
Fonte: https://engineeringinsider.org/adiabatic-process-types/
La compressione è sempre adiabatica?
La compressione viene effettuata per fluidi comprimibili, che sono fondamentalmente gas e avviene attraverso percorsi termodinamici diversi.
Il processo di compressione del gas può essere termodinamicamente di tre tipi: – Compressione isotermica, adiabatica e politropica. Tutti questi diversi tipi di compressioni possono portare a condizioni terminali diverse per la stessa quantità di lavoro svolto.
Compressione isotermica: come suggerisce il nome, questo tipo di compressione avviene a temperatura costante. Ciò si ottiene fornendo refrigerante incamiciato sul corpo del compressore e o fornendo un raffreddamento tra gli stadi. Nelle applicazioni pratiche, tuttavia, è molto difficile ottenere una compressione isotermica completa. Una compressione prossima a quella isotermica può essere ottenuta consentendo al processo di compressione di subire un ritmo molto lento con un tempo sufficiente per rimuovere il calore generato nel processo. La compressione isotermica è data dall'espressione
PV= costante
Compressione adiabatica: questo tipo di compressione richiede che la compressione venga eseguita senza perdita o guadagno di calore dall'ambiente circostante. Per ottenere lo stesso è necessario un sistema perfettamente isolato. Un altro metodo per raggiungere compressione adiabatica consiste nell'effettuare la compressione ad un ritmo molto rapido, in modo che non sia previsto alcun tempo per il trasferimento di calore dall'impianto all'ambiente circostante. La compressione adiabatica è data dall'espressione:
PVꝩ= costante, dove è il rapporto tra i calori specifici del gas in compressione.
Compressione politropica: la compressione politropica definisce i processi di compressione effettivi che si verificano nei sistemi di compressione della vita reale come quelli in un compressore a gas. UN processo di compressione politropica è dato dall'espressione:
PVn = Costante, dove n varia da 1-1.4
Formula di compressione adiabatica
La formula della compressione adiabatica è derivata dalla prima legge della termodinamica considerando che non c'è trasferimento di calore da e verso il sistema.
La formula per la compressione adiabatica può essere espressa in varie forme cioè in forma PV, in forma TV e come forma PT, dove P, V e T sono rispettivamente pressione, volume e temperatura.
La compressione adiabatica in forma Pressione e Temperatura è data da:
P1-Ꝩ Tꝩ = Costante
La compressione adiabatica in forma Volume e temperatura:
TV-1= Costante
La compressione adiabatica in forma Pressione e volume è data da:
PVꝩ= Costante
Come calcolare la compressione adiabatica?
La compressione adiabatica può essere calcolata utilizzando la formula PVꝩ= Costante.
Un pistone che comprime un gas in un cilindro sarà chiamato processo adiabatico, quando il trasferimento di calore all'ambiente circostante è nullo. In tal caso, se sono note le condizioni iniziali (P1 e V1) insieme al rapporto del calore specifico del gas (ꝩ), si può ottenere l'una o l'altra delle condizioni finali (P2, V2) se ne viene specificata una. La formula diventa quindi:
P1V1ꝩ= P2V2ꝩ
Cosa causa la compressione adiabatica (irrilevante)
Lavoro svolto in compressione adiabatica
Il lavoro svolto in un processo adiabatico può essere derivato dalla formula per il processo adiabatico
PVꝩ= Costante (K). Questa formula può essere riscritta come P=KV-ꝩ
Per calcolare il lavoro svolto processo adiabatico , consideriamo che il sistema è compresso dalla posizione iniziale di P1, V1 e T1 alla posizione finale P2, V2 e T2. Il lavoro svolto è dato da
Lavoro svolto (W)= Forza x spostamento
W=Fdx
W=PAdx
W=P(Ax)
W=PdV
Per calcolare il lavoro svolto durante la compressione da V1 a V2, è necessario integrare PdV con i limiti di V1 e V2
Oppure W=
Oppure W=dV Dove P=KV-ꝩ
Questo può essere dato come lavoro svolto in un processo adiabatico.
Integrando ulteriormente, otteniamo l'espressione finale per il lavoro svolto come
W=1/(1−γ) {P2V2−P1V1}
Qual è il lavoro svolto nel processo adiabatico
Un processo adiabatico può essere una compressione adiabatica o un'espansione adiabatica.
In caso di compressione adiabatica, il lavoro è svolto dall'ambiente circostante sul sistema e in espansione adiabatica il lavoro è svolto dal sistema sull'ambiente circostante. Il lavoro svolto nel processo adiabatico è lo stesso del lavoro svolto in compressione o espansione adiabatica.
Un esempio di adiabatico l'espansione è l'aumento di aria calda nell'atmosfera, che si espande adiabaticamente a causa della bassa pressione atmosferica e di conseguenza si raffredda. In questo caso il lavoro è svolto dall'aria calda che sale e il lavoro è svolto dal sistema.
Il lavoro è negativo nella compressione adiabatica?
Sì, lavoro svolto dal sistema durante la compressione adiabatica è negativo.
La compressione adiabatica avviene con un aumento dell'energia interna del sistema. Sappiamo dalla prima legge di termodinamica che poiché dQ in compressione adiabatica è nullo,
dU+dW=0
o dU=-dW
dU e dW condividono una relazione negativa tra loro. Quindi, poiché la variazione di energia interna è positiva, il lavoro svolto è negativo.
La relazione può anche essere corroborata dal fatto che, durante la compressione adiabatica come il Energia interna aumenta, il lavoro svolto dall'ambiente circostante sul sistema e quindi il lavoro svolto dal sistema sull'ambiente circostante è negativo.
Anzi, lavoro svolto dal sistema sull'ambiente circostante durante l'espansione adiabatica è positivo
Come si calcola il lavoro svolto nel Processo Adiabatico?
Si può ottenere un processo adiabatico se l'espansione o la compressione del gas è condotta in un sistema perfettamente isolato o è effettuata così velocemente che il trasferimento di calore all'ambiente è trascurabile.
Matematicamente, non c'è differenza tra un'espansione adiabatica e una compressione adiabatica e quindi seguono le stesse formule e derivazioni.
Pertanto, tutte le formule utilizzate per la compressione adiabatica sopra indicate sono valide per qualsiasi processo adiabatico.
La compressione adiabatica è reversibile?
La compressione adiabatica è reversibile se non c'è variazione di entropia
Un processo è detto reversibile se è isoentropico o non vi è alcuna variazione di entropia del sistema o dS=0. Una compressione adiabatica è quella in cui non vi è alcun cambiamento nella trasferimento di calore con l'ambiente circostante. Affinché una compressione adiabatica sia reversibile, il processo di compressione deve essere privo di attrito.
An esempio di adiabatico reversibile la compressione che è anche chiamata compressione isoentropica può essere trovata in una turbina a gas o nei moderni motori a reazione. Questo gas le turbine seguono il ciclo di Brayton come mostrato di seguito.
Nella figura sopra, L'ideale Ciclo di Brayton consiste in quattro processi termodinamici.
Fase 1-> fase 2: compressione isoentropica
Fase 2-> fase 3: riscaldamento isobarico
Fase 3-> fase 4: Espansione Isoentropica
Sono Sangeeta Das. Ho completato il mio Master in Ingegneria Meccanica con specializzazione in Motori IC e Automobili. Ho circa dieci anni di esperienza nell'industria e nel mondo accademico. La mia area di interesse comprende motori IC, aerodinamica e meccanica dei fluidi. Puoi contattarmi a
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