Questo articolo discute in dettaglio l'espansione adiabatica reversibile. Una trasformazione adiabatica è una trasformazione in cui non avviene lo scambio termico attraverso le pareti del sistema.
I processi reversibili sono quei processi che sono ideali. Si può risalire all'intero percorso che è stato seguito dal fluido di lavoro, cioè se si verifica un processo 1-2 allora può andare da 2-1 seguendo lo stesso percorso. Ciò significa che non ci sono perdite all'interno del sistema.
Cos'è l'espansione adiabatica reversibile?
Come discusso sopra, i processi reversibili sono processi ideali e i processi adiabatici sono quelli in cui il trasferimento di calore non ha luogo. I processi reversibili sono infinitamente lenti, ovvero in una disposizione pistone-cilindro, il pistone si muove a una velocità molto lenta in modo tale da sembrare stazionario.
L'espansione adiabatica reversibile è il processo in cui il volume del gas si espande o aumenta al termine del processo. La temperatura del fluido di lavoro o del sistema diminuisce a causa dell'espansione.
Formula di espansione adiabatica reversibile
La formula per espansione adiabatica mostra la relazione tra volume e temperatura. La temperatura diminuisce con l'aumento del volume.
La formula è riportata di seguito-
T2-T1 = (V1/V2)γ-1/γ
Temperatura di espansione adiabatica reversibile
La temperatura diminuisce all'aumentare del volume. Quindi, nel processo di espansione adiabatica reversibile la temperatura diminuisce.
La temperatura nel processo di espansione adiabatica reversibile diminuisce con l'aumento del volume. La relazione tra volume e temperatura è discussa nelle sezioni precedenti.
Entropia di espansione adiabatica reversibile
L'entropia è la misura della casualità o del grado di disordine. È una grandezza molto importante in termodinamica. L'efficienza o la qualità di qualsiasi ciclo termodinamico dipende dall'entropia.
Nell'espansione adiabatica reversibile, l'entropia del sistema è zero. Per ogni processo adiabatico reversibile, l'entropia del sistema rimane zero.
Espansione adiabatica reversibile di un gas ideale
Un gas è considerato ideale quando è privo di attrito e non subisce perdite mentre nessuna Termodinamico processo è in corso. Mentre si affrontano problemi di termodinamica, il gas è generalmente considerato ideale per facili calcoli.
Le formule importanti relative al gas ideale quando subisce espansione adiabatica reversibile sono riportate di seguito-
T2-T1 = (V1/V2)γ-1/γ
e per il rapporto pressione-temperatura,
T2-T1 = (pag2/P1)γ-1/γ
Espansione adiabatica reversibile di un gas reale
Un gas reale è di natura non ideale, cioè non obbedisce alle leggi dei gas ideali. Mostrano effetti comprimibili, non sono privi di attrito, hanno capacità termiche specifiche variabili, ecc. Quindi, il lavoro svolto da un gas reale è sempre inferiore al lavoro svolto da un gas ideale.
L'equazione di Van Der Wall per un gas reale è riportata di seguito:
(p+an2/V2)(V – nb) = nRT
Chiaramente il lavoro ottenuto facendo l'espansione adiabatica reversibile del gas reale è molto inferiore a quello ottenuto dal gas ideale.
Ipotesi fatte per il gas ideale
Un gas non può mai essere l'ideale. Tutti i gas sono reali in un modo o nell'altro. Tuttavia, si possono fare alcune ipotesi su un gas ideale che ci aiutano a farci un'idea di quanto sia ideale un particolare gas. Le ipotesi fatte per il gas ideale sono riportate di seguito:
- Interazioni interparticelle nulle– Gli atomi di gas non entrano in collisione tra loro.
- Senza attrito– Il gas non sarà influenzato dall'attrito nel suo intero corso del processo termodinamico.
- Incomprimibile– La densità del gas rimane costante per tutto il tempo, non cambia con il cambiamento della pressione o della temperatura circostante.
- Tende a guastarsi a temperature più basse e pressioni elevate– Questo accade perché le interazioni intermolecolari diventano significative in questa fase.
In situazioni pratiche, tutti i gas sono di natura ideale e lo è il gas più vicino al gas ideale Gas elio a causa della sua inerzia natura.
Caratteristiche di un vero gas
Le caratteristiche del gas reale sono tutto ciò che non è ideale in natura. Ciò accade a causa di interazioni intermolecolari, attrito e altre variabili. Le caratteristiche del gas ideale sono le seguenti:
- Comprimibile– I gas reali sono comprimibili, il che significa che la loro densità può essere modificata.
- Capacità termica variabile– Le loro capacità termiche non sono costanti, possono cambiare con il cambiamento dell'ambiente circostante.
- Forze di Van Der Walls– Queste forze sorgono a causa dell'interazione dipendente dalla distanza tra le molecole. Nella formula for per il gas reale, c'è un fattore di correzione per gli effetti di pressione e volume.
- Effetti termodinamici di non equilibrio.
Lavoro eseguito in processo adiabatico reversibile
Le trasferimento di calore è zero nel processo adiabatico reversibile. Quindi il lavoro non viene trasferito sotto forma di calore ma cambia di volume.
La formula che rappresenta il lavoro svolto in un processo adiabatico reversibile è riportato di seguito-
W = nR(T1-T2)/γ-1
Immagine crediti: Utente: Stannered, Adiabatico, CC BY-SA 3.0
Entalpia di espansione adiabatica reversibile
L'entalpia è una funzione di calore. Cambia con la quantità di trasferimento di calore in corso.
L'entalpia dipende dalla velocità di trasferimento del calore che avviene. Poiché, in un processo adiabatico, la variazione del contenuto di calore è zero, quindi il entalpia anche il cambiamento è zero.
Temperatura finale di espansione adiabatica reversibile
Durante un processo di espansione adiabatica, la temperatura finale è sempre inferiore alla temperatura iniziale a causa del processo di espansione.
La finale la temperatura può essere calcolata dalla relazione temperatura-volume indicato di seguito-
T2/T1 = (V1/V2)γ-1/γ
La temperatura finale può anche essere calcolata dalla relazione temperatura-pressione indicata di seguito:
T2/T1 = (pag2/p1)γ-1/γ
Esempio di espansione adiabatica reversibile
Nessun processo è completamente reversibile o adiabatico, tuttavia il più vicino possibile al processo adiabatico reversibile è la propagazione dell'onda sonora nei fluidi.
Nel ciclo di Carnot (ancora un ciclo ideale) utilizza il reversibile espansione adiabatica e compressione adiabatica reversibile per scopi di espansione e compressione.
Perché la variazione di entropia per un processo adiabatico reversibile è zero?
L'entropia di un sistema cambia se cambia il contenuto di calore del sistema. Dal momento che, il trasferimento di calore è proibito dalle pareti del sistema adiabatico, anche la variazione netta di entropia è zero.
Graficamente, le proprietà che formano un percorso chiuso sono zero. Ciò significa che il punto iniziale e i punti finali sono gli stessi. Nel caso dell'entropia, poiché sta seguendo un ciclo reversibile, l'entropia torna allo stesso percorso nella sua posizione originale. Quindi, è zero.
Ciao .... Sono Abhishek Khambhata, ho perseguito B. Tech in ingegneria meccanica. Durante i miei quattro anni di ingegneria, ho progettato e pilotato veicoli aerei senza pilota. Il mio forte è la meccanica dei fluidi e l'ingegneria termica. Il mio progetto del quarto anno era basato sul miglioramento delle prestazioni dei veicoli aerei senza pilota utilizzando la tecnologia solare. Mi piacerebbe entrare in contatto con persone che la pensano allo stesso modo.