Kluczowa różnica między procesami adiabatycznymi i politropowymi polega na tym, że w procesach adiabatycznych nie zachodzi przenoszenie ciepła, podczas gdy w procesach politropowych zachodzi przenoszenie ciepła.
W chemii dzielimy wszechświat na dwie części. Część, którą będziemy studiować, to „system”, a reszta to „otoczenie”. Systemem może być organizm, naczynie reakcyjne lub nawet pojedyncza komórka. Możemy odróżnić systemy od siebie na podstawie rodzaju interakcji, jakie mają, lub rodzajów zachodzących wymian. Możemy podzielić systemy na dwie grupy jako systemy otwarte i zamknięte. Czasami sprawy i energia mogą przekroczyć granice systemu. Wymieniana energia może przybierać różne formy, takie jak energia światła, energia cieplna, energia dźwięku itp. Jeśli energia systemu zmienia się z powodu różnicy temperatur, mówimy, że nastąpił przepływ ciepła. Adiabatyczny i politropowy to dwa procesy termodynamiczne związane z przenoszeniem ciepła w układach.
Co to jest adiabatyczny?
Zmiana adiabatyczna to taka, w której ciepło nie jest przekazywane do lub z systemu. To ograniczenie wymiany ciepła występuje głównie na dwa sposoby. Jednym z nich jest użycie izolowanej termicznie granicy, aby żadne ciepło nie mogło wejść ani istnieć. Na przykład reakcja, którą przeprowadzamy w naczyniu Dewara, jest adiabatyczna. Po drugie, proces adiabatyczny ma miejsce, gdy proces przebiega bardzo szybko; w związku z tym nie ma już czasu na przenoszenie i odprowadzanie ciepła.
W termodynamice możemy pokazać zmiany adiabatyczne jako dQ=0, gdzie Q jest energią cieplną. W takich przypadkach istnieje związek między ciśnieniem a temperaturą. Dlatego system zmienia się pod wpływem ciśnienia w warunkach adiabatycznych.
Zastanów się na przykład, co dzieje się z tworzeniem się chmur i prądami konwekcyjnymi na dużą skalę. Na wyższych wysokościach panuje niższe ciśnienie atmosferyczne. Kiedy powietrze się nagrzewa, ma tendencję do podnoszenia się. Ponieważ ciśnienie powietrza zewnętrznego jest niskie, wznosząca się paczka powietrzna będzie próbowała się rozszerzyć. Podczas rozszerzania cząsteczki powietrza działają, a to zmienia ich temperaturę. Dlatego temperatura spada wraz ze wzrostem.
Rysunek 01: Tworzenie się chmur jest przykładem procesu adiabatycznego
Zgodnie z termodynamiką energia w paczce powietrznej pozostaje stała, ale można ją przekształcić w różne formy energii (aby wykonać pracę ekspansji lub być może utrzymać jej temperaturę). Nie ma jednak wymiany ciepła z otoczeniem. To samo zjawisko możemy zastosować również do sprężania powietrza (np.np. tłok). W takiej sytuacji, gdy paczka lotnicza jest kompresowana, temperatura wzrasta. Procesy te nazywane są ogrzewaniem i chłodzeniem adiabatycznym.
Co to jest politropowość?
Proces politropowy zachodzi z przenoszeniem ciepła. Jednak wymiana ciepła odbywa się w tym procesie odwracalnie.
Rysunek 02: Dmuchanie balonem w gorącym słońcu jest przykładem procesu politropowego
Gdy gaz podlega tego typu wymianie ciepła, poniższe równanie jest prawdziwe dla procesu politropowego.
PVn=stała
Gdzie P to ciśnienie, V to objętość, a n to stała. W związku z tym, aby utrzymać stałą PV w procesie rozprężania/sprężania gazu politropowego, między systemem a otoczeniem zachodzi zarówno wymiana ciepła, jak i pracy. Dlatego politropowość jest procesem nieadiabatycznym.
Jaka jest różnica między adiabatycznym a politropowym?
Zmiana adiabatyczna to taka, w której ciepło nie jest przenoszone do lub z systemu, podczas gdy proces politropowy zachodzi wraz z przenoszeniem ciepła. Stąd kluczowa różnica między procesami adiabatycznymi i politropowymi polega na tym, że w procesach adiabatycznych nie zachodzi przenoszenie ciepła, podczas gdy w procesach politropowych zachodzi przenoszenie ciepła. Ponadto równanie dQ=0 jest prawdziwe dla procesu adiabatycznego, natomiast równanie PVn=stała jest prawdziwe dla procesu politropowego.
Podsumowanie – adiabatyczne kontra politropowe
Proces adiabatyczny i politropowy to dwa ważne procesy termodynamiczne. Kluczowa różnica między procesami adiabatycznymi i politropowymi polega na tym, że w procesach adiabatycznych nie zachodzi przenoszenie ciepła, podczas gdy w procesach politropowych zachodzi przenoszenie ciepła.
