Адијабатски процес је процес у којем је размена топлоте система са спољашњом средином занемарљива. Рад који се изврши између два стања адијабатским процесом потпуно је одређен са та два стања и не зависи ни од каквих спољашњих услова.. A translation may be found . Also a mostly reliable Овако извршени рад једнак је разлици унутрашњих енергија та два стања: -{A = U2 - U1}-.Thermodinamics and an Introduction to Thermostatistics, друга едиција, Hebert B. Callen Адијабатски процеси се реално не могу постићи јер макар мала размена топлоте са спољашњом средином мора постојати, што говори и сам назив који бисмо могли превести као немогућ. Како би били умањени топлотни губици ти процеси се морају одвијати врло брзо.
Назив „адијабатски” дословно означава одсутност преноса топлоте. На пример, адијабатска граница је граница која је непропусна за пренос топлоте, те се за систем каже да је адијабатски (или топлотно) изолован - изолацијски зид апроксимира адијабатску границу. Други је пример температура адијабатског пламена, која представља температуру коју би достигао пламен у одсутности губитка топлоте према околини. Адијабатски процес, који је повратни, се такође зове изоентропијским процесом.
Супротни екстрем - максималног преноса топлоте с околином, узрокујући константно одржавање температуре - је познат као изотермски процес. Будући да је температура термодинамички коњугат ентропије, изотермни процес је коњугат адијабатском процесу за повратне трансформације. Трансформација термодинамичког система се може сматрати адијабатском када је довољно брза да значајна количина топлоте није измењена између система и околине. Адијабатски процес се, такође, може звати квазистатичким. Као супротност, трансформација термодинамичког система се може сматрати изотермном ако је довољно спора да температура система остане константном изменом топлоте с околином.
У метеорологији и океанографији, адијабатско хлађење производи кондензацију влаге или сланости, презасићујући парцелу. Због тога се вишак мора уклонити. Тамо процес постаје псеудо-адијабатски процес, при чему се претпоставља да се течна вода или со која се кондензује уклањају формирањем идеализованим тренутним падавинама. Псеудоадиабатски процес је дефинисан само за ширење, јер компримовани сегмент постаје топлији и остаје незасићен.
Опис
Процес без преноса топлоте на систем или са њега, тако да је , назива се адијабатским, i за такав систем се каже да је адијабатски изолован.: "mass is an adiabatically inhibited variable." Често се поставља поједностављујућа претпоставка да је процес адијабатски. На пример, претпоставља се да се компресија гаса унутар цилиндра мотора дешава тако брзо да се на временској скали процеса компресије, мали део енергије система може пренети као топлота у околину. Иако цилиндри нису изоловани и прилично су проводљиви, тај процес се идеализује као адијабатски. Исто се може рећи и за процес експанзије таквог система.
Претпоставка адијабатске изолације је корисна и често се комбинује са другим таквим идеализацијама да би се израчунала добра прва апроксимација понашања система. На пример, према Лапласу, када звук путује у гасу, нема времена за провођење топлоте у медијуму, те је ширење звука адијабатско. За такав адијабатски процес, модул еластичности (Јангов модул.The Rational mechanics of Flexible or Elastic Bodies, 1638–1788: Introduction to Leonhardi Euleri Opera Omnia, vol. X and XI, Seriei Secundae. Orell Fussli.) се може изразити као , где је однос специфичних топлота при константном притиску и при константној запремини (), а је притисак гаса.
Разне примене адијабатске претпоставке
За затворени систем, први закон термодинамике се може написати као , где означава промену унутрашње енергије система, количину енергије која му је додата као топлота, а је рад који систем обавља на својој околини. Ако систем има тако круте зидове да се рад не може пренети ни унутра ни напоље (), а зидови нису адијабатски и енергија се додаје у облику топлоте (), и нема промене фазе, онда ће температура система порасти. Ако систем има тако круте зидове да рад притиска-запремине не може да се обави, али су зидови адијабатски (), и енергија се додаје као изохорни рад (константна запремина) у облику трења или мешања вискозног флуида унутар система (), и нема промене фазе, тада ће температура система порасти. Ако су зидови система адијабатски (), али нису крути (), и у фиктивном идеализованом процесу енергија се додаје систему у облику невискозног рада притиска-запремине без трења (), и нема промене фазе, тада ће температура система порасти. Такав процес се назива изоентропски процес и каже се да је „реверзибилан”. У идеалном случају, ако је процес обрнут, енергија би се могла у потпуности повратити као рад система. Ако систем садржи компресибилни гас и смањен је у запремини, несигурност положаја гаса је смањена и наизглед би се смањила ентропија система, али ће температура система расти како је процес изоентропски (). Ако се рад дода на такав начин да унутар система делују силе трења или вискозности, онда процес није изоентропски, и ако нема промене фазе, температура система ће порасти, за процес се каже да је „неповратан“, а рад који је додат систему није у потпуности надокнадив у облику рада. Ако зидови система нису адијабатски, а енергија се преноси као топлота, ентропија се преноси у систем са топлотом. Такав процес није ни адијабатски ни изоентропски, јер има , и према другом закону термодинамике.
Природни адијабатски процеси су неповратни (производи се ентропија).
Пренос енергије као рада у адијабатски изоловани систем може се замислити као две идеализоване екстремне врсте. У једној таквој врсти, ентропија се не производи унутар система (без трења, вискозне дисипације, итд), а рад је само рад притиска-запремине (означен са ). У природи се ова идеална врста јавља само приближно, зато што захтева бесконачно спор процес и да нема извора дисипације.
Друга екстремна врста рада је изохорични рад (), за који се енергија додаје као рад искључиво трењем или вискозном дисипацијом унутар система. Мешалица која преноси енергију вискозном флуиду адијабатски изолованог система са крутим зидовима, без промене фазе, довешће до пораста температуре флуида, али тај рад није надокнадив. Изохорни рад је неповратан. Други закон термодинамике примећује да се за природни процес, пренос енергије као рада, увек састоји у најмању руку од изохорног рада, а често и од обе ове екстремне врсте рада. Сваки природни процес, адијабатски или не, је неповратан, са , јер су трење или вискозитет увек присутни у одређеној мери.
Адијабатска компресија и експанзија
Адијабатска компресија гаса изазива пораст температуре гаса. Адијабатско ширење против притиска, или опруге, изазива пад температуре. Насупрот томе, слободна експанзијаD.S.L. Cardwell, From Watt to Clausius, Heinemann, London (1957)M.J. Klein, Principles of the theory of heat, D. Reidel Pub.Cy., Dordrecht (1986) је изотермни процес за идеални гас.
Адијабатска компресија настаје када се притисак гаса повећа радом околине, на пример, клип који компримира гас који се налази у цилиндру и подиже температуру где у многим практичним ситуацијама провођење топлоте кроз зидове може бити споро у поређењу са време компресије. Ово налази практичну примену у дизел моторима који се ослањају на недостатак дисипације топлоте током такта компресије да би се температура паре горива подигла довољно да се она запали.
Адијабатска компресија се дешава у Земљиној атмосфери када се ваздушна маса спушта, на пример, у катабатском ветру, фенском ветру или чинушком ветру. који дува низбрдо преко планинског ланца. Када се пакет ваздуха спусти, притисак на пакет се повећава. Због овог повећања притиска, запремина се смањује, а њена температура расте како се рад врши на пакетом ваздуха, чиме се повећава његова унутрашња енергија, што се манифестује порастом температуре те масе ваздуха. Пакет ваздуха може само полако да распршује енергију вођењем или зрачењем (топлотом), и у првој апроксимацији може се сматрати адијабатски изолованим, а процес адијабатским процесом.
Адијабатска експанзија се дешава када се притисак на адијабатски изоловани систем смањи, дозвољавајући му да се прошири у величини, што доводи до тога да врши рад на свом окружењу. Када се притисак који се примењује на пакет гаса смањи, гасу је дозвољено да се прошири; како се запремина повећава, температура опада, док се његова унутрашња енергија смањује. Адијабатско ширење се дешава у Земљиној атмосфери са орографским подизањем и заветринским таласима, и то може да формира пилијусе или лентикуларне облаке.
Делимично због адијабатског ширења у планинским областима, снежне падавине се ретко јављају у неким деловима пустиње Сахаре.
Адијабатско ширење не мора да укључује флуид. Једна техника која се користи за достизање веома ниских температура (хиљадити део, па чак и милионити део степена изнад апсолутне нуле) је путем адијабатске демагнетизације, где се промена магнетног поља на магнетном материјалу користи да се обезбеди адијабатско ширење. Такође, садржај ширећег универзума може се описати (до првог реда) као флуид који се адијабатски шири. (Погледајте топлотну смрт универзума.WMAP – Fate of the Universe, WMAP's Universe, NASA. Accessed online July 17, 2008.)
Магма која се диже такође пролази кроз адијабатско ширење пре ерупције, што је посебно значајно у случају магми које се брзо дижу из великих дубина, као што су кимберлити.
У Земљином конвективном омотачу (астеносфери) испод литосфере, температура плашта је приближно адијабата. Благо смањење температуре са мањом дубином настаје услед пада притиска што је материјал плиће у Земљи..
Такве промене температуре могу се квантификовати коришћењем закона идеалног гаса, Facsimile at the Bibliothèque nationale de France (). Facsimile at the Bibliothèque nationale de France (). Facsimile at the Bibliothèque nationale de France (). или хидростатичке једначине за атмосферске процесе.
У пракси, ниједан процес није истински адијабатски. Многи процеси се ослањају на велику разлику у временским скалама процеса од интереса и стопи дисипације топлоте преко границе система, и стога се апроксимирају коришћењем адијабатске претпоставке. Увек постоји губитак топлоте, јер не постоје савршени изолатори.
Адијабатско загревање и хлађење
Адијабатске промене температуре дешавају се због промене притиска гаса, при чему се не додаје нити одузима топлота.Münster, A. : "mass is an adiabatically inhibited variable." У супротности, слободно ширење је изотермски процес за идеалан плин.
Адијабатско загревање дешава се када се притисак гаса повећа од извршеног рада од стране средине која га окружује, нпр. клип. Дизелов мотор се ослања на адијабатско загрејавање током компресионог замаха како би повисио температуру довољно да запали гориво.
Адијабатско загрејавање, такође се дешава у Земљиној атмосфери када се ваздушна маса спушта, на пример, катабатички ветар или фен који струји низбрдо.
Адијабатско хлађење се дешава када се притисак супстанце смањи у току вршења рада на њену околину. Адијабатско хлађење не мора укључивати флуид. Једна техника, којом се достижу веома ниске температуре (хиљадити или чак милионити делови степена изнад апсолутне нуле), је адијабатска демагнетизација, где се промена у магнетном пољу магнетичног материјала користи како би се остварило адијабатско хлађење. Адијабатско хлађење се, такође, дешава у Земљиној атмосфери са орографским уздизањем и заветринским таласима, што може довести до формирања пилеуса или лентикуларног облака ако се ваздух охлади испод тачке рошења.
Надолазећа магма, такође, пролази кроз адијабатско хлађење пре ерупције.
Такве температурне промене могу се квантификовати користећи закон идеалног гаса, или хидростатичку једначину за атмосферске процесе.
Ни један процес није идеално адијабатски. Многи процеси су близу адијабатског, те се могу лако апроксимирати кориштењем адијабатске претпоставке, али увек постоји неки губитак топлоте; пошто не постоји савршени изолатор.