Riscaldamento adiabatico: cos'è, come funziona, esempi e fatti esaustivi

In Adiabatico riscaldamento, una materia viene riscaldata senza aggiungere calore al sistema, il riscaldamento è semplicemente dovuto alla compressione di volume della materia.

Quando un gas viene compresso mediante processi adiabatici proprio come nel cilindro di un motore diesel dove il gas viene pressurizzato e a causa del lavoro svolto dall'ambiente circostante, la temperatura del gas all'interno del cilindro aumenta e il processo è noto come riscaldamento adiabatico.

I processi adiabatici sono quelli in cui non c'è trasferimento di calore tra il sistema e l'ambiente circostante. I processi adiabatici sono generalmente visibili nei gas. A causa del riscaldamento adiabatico, la temperatura del gas aumenta con l'aumento della pressione.

Cos'è il riscaldamento adiabatico?

L'aumento o la diminuzione della temperatura senza aggiungere o rimuovere calore è chiamato riscaldamento o raffreddamento adiabatico.

Adiabatico Il riscaldamento è un effetto dell'aumento di energia interna dell'impianto dovuto al lavoro PdV svolto dall'ambiente circostante sull'impianto. Il riscaldamento adiabatico è possibile anche in un processo isocoro

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Si può dimostrare in un sistema con pareti rigide e impermeabili al calore.

Nel sistema isocoro poiché le pareti sono rigide, il lavoro PdV è nullo oppure la pressione del sistema è costante e non si verifica alcuna variazione di volume. Consideriamo ora che un fluido viscoso è presente in un sistema con rigido e isolato termicamente parete, l'energia dall'ambiente circostante è fornita dall'agitazione del fluido viscoso. Poiché l'agitazione provoca un aumento della temperatura del fluido che ne aumenta l'energia interna.  

L'applicazione pratica del riscaldamento adiabatico si osserva in un motore diesel dove per compressione la temperatura del vapore del carburante è sufficientemente aumentata per accenderlo.

Generalmente Il processo adiabatico è un processo termodinamico in cui nessun trasferimento di calore avviene tra il sistema e l'ambiente circostante. Per prevenire l'interazione del calore, l'intero sistema è isolato correttamente o il processo viene eseguito così rapidamente che non c'è tempo per la trasmissione del calore anche se non c'è alcun isolamento termico.

L'aria è una miscela di gas diversi, subisce sia il riscaldamento che il raffreddamento adiabatici. Se un gas viene compresso durante un processo adiabatico, la sua temperatura aumenta, il che indica il riscaldamento adiabatico. Se invece il gas si espande durante il processo adiabatico, la sua temperatura scende si riferisce al raffreddamento adiabatico. Possiamo vedere chiaramente sia il riscaldamento che il raffreddamento adiabatico in natura.

riscaldamento adiabatico

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Nella figura sopra possiamo vedere che il raffreddamento o riscaldamento adiabatico dell'aria avviene a causa dell'espansione e della compressione dei gas dove né il calore viene guadagnato né perso a causa della mancanza di tempo per lo scambio di calore.

Dove avviene il riscaldamento adiabatico?

Affinché si verifichi il riscaldamento adiabatico, il sistema deve essere progettato in modo tale che non vi siano perdite di calore dal sistema quando il lavoro viene svolto sul sistema dall'ambiente circostante.

Un vero riscaldamento adiabatico è così possibile, quando l'impianto è isolato termicamente dall'ambiente circostante e si aggiunge energia all'impianto. Questo lavoro può essere un lavoro volume pressione o un lavoro di attrito.

In situazioni di vita reale, questa condizione può verificarsi se il lavoro FV svolto è così veloce che è disponibile poco o nessun tempo per il trasferimento di calore dal sistema all'ambiente circostante.

An esempio di tale processo si osserva in un motore diesel ad accensione per compressione a 4 tempi, in cui il processo di compressione avviene così rapidamente che non c'è tempo per la perdita di calore nell'ambiente circostante. Il conseguente aumento della temperatura adiabatica è così rapido e così elevato che porta all'autoaccensione del carburante.

Qual è il processo di riscaldamento adiabatico?

Il processo di riscaldamento adiabatico avviene quando il lavoro è svolto sull'impianto dall'ambiente circostante.

Affinché il processo di riscaldamento adiabatico abbia luogo, ci sono due modi in cui l'energia può essere convertita per lavorare in un sistema "adiabaticamente isolato". Uno è dove viene svolto il lavoro di compressione pdv sul sistema.

 Il processo di compressione qui è considerato senza attrito e il fluido compresso non ha viscosità. Questo il tipo di lavoro svolto è anche chiamato isoentropico poiché non viene prodotta entropia all'interno del sistema. Il secondo tipo di processo è il riscaldamento isocoro del fluido in un recipiente con pareti rigide.

 Il fluido qui considerato è altamente viscoso e il riscaldamento si ottiene agitando il fluido fornendo una fonte di energia esterna. Qui essendo le pareti rigide ed adiabaticamente isolate, non vi è lavoro pdv svolto e il calore sviluppato dall'agitazione del fluido viscoso porta ad aumento di temperatura o riscaldamento adiabatico.

Il calore viene assorbito nel processo adiabatico?

Il processo adiabatico è quello in cui o non vi è alcuna fonte di dissipazione del calore nell'ambiente circostante oppure è perfettamente isolato. Quindi, in un processo adiabatico ideale non c'è assorbimento di calore.

Per un processo adiabatico, il primo legge della termodinamica si trasforma in: 

dU= -PdV come dQ=0

Qui,

dU è Energia interna

PdV è la pressione Volume lavoro svolto

dQ è il trasferimento di calore con l'ambiente circostante.

Come si fa a sapere se un processo è adiabatico?

Il processo adiabatico è un processo ideale e non può essere raggiunto nella vita reale. I processi nella vita reale possono essere solo approssimativamente adiabatici.

In termodinamica, affinché un processo sia adiabatico, il sistema deve essere impermeabile al calore. Il trasferimento di energia tra il sistema e l'ambiente circostante in a processo adiabatico è possibile solo attraverso il lavoro.  

In realtà questa condizione è difficile da raggiungere. Tuttavia, se un processo viene eseguito molto rapidamente in modo tale che non vi sia tempo disponibile per la dissipazione del calore, il processo può essere definito approssimativamente adiabatico. Qui rapido è qualitativo e non quantitativo.

Se il lasso di tempo durante il quale si verifica il processo è sufficientemente piccolo da consentire la perdita di una quantità insignificante di energia rispetto al guadagno o alla perdita di energia interna del sistema mentre il lavoro viene svolto sul o dal sistema, il processo può essere chiamato processo adiabatico. Un esempio di vita reale processo adiabatico è il raffreddamento del magma caldo mentre sale sulla superficie da sotto la superficie terrestre.

Equazione di riscaldamento adiabatica

Nel Riscaldamento Adiabatico la variazione di temperatura dell'impianto è principalmente dovuta a variazioni interne che avvengono.

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Qual è la differenza tra riscaldamento e raffrescamento adiabatico?

Sia il riscaldamento che il raffreddamento adiabatici si verificano frequentemente in una corrente atmosferica convettiva.

Di seguito sono elencate le principali differenze tra questi due fenomeni:

Riscaldamento AdiabaticoRaffreddamento adiabatico
Nel riscaldamento adiabatico si osserva un aumento della temperatura del gas.Durante il raffreddamento adiabatico si osserva un calo della temperatura.
L'aria affonda e si comprime.L'aria sale e si espande.
A causa dell'elevata collisione molecolare, la temperatura aumenta.A causa della minore collisione molecolare, la temperatura diminuisce.
  

Adiabatico Autoriscaldante

A causa dell'ossidazione, alcuni materiali hanno un'affinità con l'autoriscaldamento.

L'autoriscaldamento adiabatico è il risultato dell'ossidazione di un materiale, se il calore generato durante l'ossidazione è più veloce della velocità con cui viene dissipato nell'ambiente circostante, ne risulta un autoriscaldamento. Il calore prodotto aumenta la temperatura che migliora il processo di ossidazione fino al raggiungimento della temperatura di autoaccensione.

Uno degli esempi comuni di autoriscaldamento osservati in natura è la combustione spontanea del carbone.

L'autoriscaldamento o combustione spontanea del carbone è dovuto alla sua interazione con l'ossigeno e alla sua incapacità di dissipare il calore generato in questa reazione.

Esempio di riscaldamento adiabatico

Il riscaldamento adiabatico avviene se un gas ideale viene compresso in una bombola perfettamente isolata. Quanto sopra l'esempio è per l'ideale gas, ma le formule derivate sulla base dell'ipotesi di cui sopra possono essere messe in pratica in molti giorni per applicazioni.  

Esempi di riscaldamento adiabatico sono:

  • La corsa di compressione di un motore diesel in cui la miscela di diesel e aria viene compressa portando a un aumento della temperatura della miscela che provoca l'accensione automatica. Il passaggio avviene così rapidamente che non è disponibile tempo per una significativa perdita di calore dall'ambiente circostante.
  • Un altro esempio di riscaldamento adiabatico è il riscaldamento della particella d'aria nell'atmosfera mentre scivola rapidamente lungo una parete di montagna. Il graduale aumento della pressione atmosferica man mano che la particella d'aria scende, porta alla diminuzione del volume e all'aumento della sua energia interna. Qui sebbene il sistema non sia isolato, poiché la massa d'aria può irradiare questo calore molto lentamente all'ambiente circostante, il processo è praticamente adiabatico.

Per saperne di più, leggi Sistema di riscaldamento idronico.