Adiabatisch vs isotherm

Für die Zwecke der Chemie ist das Universum in zwei Teile geteilt. Der Teil, an dem wir interessiert sind, wird als System bezeichnet, der Rest als Umgebung. Ein System kann ein Organismus, ein Reaktionsgefäß oder sogar eine einzelne Zelle sein. Die Systeme unterscheiden sich durch die Art der Interaktionen oder durch die Art des Austauschs. Die Systeme können in zwei offene und geschlossene Systeme unterteilt werden. Manchmal können Materie und Energie über die Systemgrenzen hinweg ausgetauscht werden. Die ausgetauschte Energie kann verschiedene Formen annehmen, wie z. B. Lichtenergie, Wärmeenergie, Schallenergie usw. Wenn sich die Energie eines Systems aufgrund eines Temperaturunterschieds ändert, haben wir einen Wärmefluss festgestellt. Adiabatisch und polytrop sind zwei thermodynamische Prozesse, die mit der Wärmeübertragung in Systemen zusammenhängen.

Adiabatisch

Die adiabatische Veränderung ist diejenige, bei der keine Wärme in das System oder aus dem System übertragen wird. Die Wärmeübertragung kann hauptsächlich auf zwei Arten gestoppt werden. Zum einen wird eine wärmeisolierte Grenze verwendet, damit keine Wärme eintreten oder existieren kann. Beispielsweise ist eine in einem Dewar-Kolben durchgeführte Reaktion adiabatisch. Die andere Art des adiabatischen Prozesses tritt auf, wenn ein Prozess stattfindet, der schnell variiert. Somit bleibt keine Zeit mehr, um Wärme rein und raus zu übertragen. In der Thermodynamik werden adiabatische Änderungen durch dQ = 0 gezeigt. In diesen Fällen besteht eine Beziehung zwischen Druck und Temperatur. Daher unterliegt das System Änderungen unter Druck unter adiabatischen Bedingungen. Dies geschieht bei Wolkenbildung und großen Konvektionsströmen. In höheren Lagen herrscht ein niedrigerer Luftdruck. Wenn Luft erwärmt wird, steigt sie tendenziell an. Da der Außenluftdruck niedrig ist, versucht das aufsteigende Luftpaket zu expandieren. Beim Ausdehnen arbeiten die Luftmoleküle, was sich auf ihre Temperatur auswirkt. Deshalb sinkt die Temperatur beim Aufsteigen. Entsprechend der Thermodynamik bleibt die Energie im Paket konstant, kann jedoch umgewandelt werden, um die Expansionsarbeiten durchzuführen oder möglicherweise die Temperatur aufrechtzuerhalten. Es findet kein Wärmeaustausch mit der Außenseite statt. Das gleiche Phänomen kann auch auf die Luftkompression angewendet werden (z. B. ein Kolben). In dieser Situation steigt die Temperatur, wenn das Luftpaket komprimiert wird. Diese Prozesse werden als adiabatisches Heizen und Kühlen bezeichnet.

Isotherm

Die isotherme Änderung ist diejenige, bei der das System auf einer konstanten Temperatur bleibt. Daher ist dT = 0. Ein Prozess kann isotherm sein, wenn er sehr langsam abläuft und wenn der Prozess reversibel ist. Damit die Änderung sehr langsam erfolgt, bleibt genügend Zeit, um die Temperaturschwankungen einzustellen. Wenn ein System wie ein Kühlkörper wirken kann, wo es nach der Wärmeaufnahme eine konstante Temperatur aufrechterhalten kann, handelt es sich um ein isothermes System. Für ein Ideal unter isothermen Bedingungen kann der Druck aus der folgenden Gleichung angegeben werden.

P = nRT / V.

Seit der Arbeit kann W = PdV folgende Gleichung abgeleitet werden.

W = nRT ln (Vf / Vi).

Daher erfolgt bei konstanter Temperatur die Expansions- oder Kompressionsarbeit, während das Systemvolumen geändert wird. Da bei einem isothermen Prozess keine interne Energieänderung auftritt (dU = 0), wird die gesamte zugeführte Wärme für die Arbeit verwendet. Dies ist, was in einer Wärmekraftmaschine passiert.