Proceso adiabático

Otro ejemplo es la temperatura adiabática de llama, que es la temperatura que podría alcanzar una llama si no hubiera pérdida de calor hacia el entorno.El calentamiento y enfriamiento adiabático son procesos que comúnmente ocurren debido al cambio en la presión de un gas, que conlleva variaciones en volumen y temperatura.Cualquier trabajo (W) realizado debe ser realizado a expensas de la energía U, mientras que no haya sido suministrado calor Q desde el exterior.Aunque los cilindros no están aislados y son bastante conductores, ese proceso se idealiza para que sea adiabático.La suposición de aislamiento adiabático es útil y, a menudo, se combina con otras idealizaciones similares para calcular una buena primera aproximación del comportamiento de un sistema.Por ejemplo, según Laplace, cuando el sonido viaja en un gas, no hay tiempo para la conducción de calor en el medio, por lo que la propagación del sonido es adiabática.Para tal proceso adiabático, el módulo de elasticidad (Módulo de Young) se puede expresar como E = γP, donde γ es la relación de calores específicos a presión constante y a volumen constante (γ = Cp/Cv) y P es la presión del gas.La transferencia de energía como trabajo en un sistema adiabáticamente aislado se puede imaginar como dos tipos extremos idealizados.En uno de estos tipos, no se produce entropía dentro del sistema (sin fricción, disipación viscosa, etc.), y el trabajo es solo trabajo de presión-volumen (indicado por P dV).En la naturaleza, este tipo ideal ocurre solo aproximadamente porque exige un proceso infinitamente lento y sin fuentes de disipación.(dV = 0), para el cual la energía se agrega como trabajo únicamente a través de la fricción o la disipación viscosa dentro del sistema.La expansión adiabática contra la presión, o un resorte, provoca un descenso de la temperatura.En cambio, la expansión libre es un proceso isotérmico para un gas ideal.El paquete de aire sólo puede disipar lentamente la energía por conducción o radiación (calor), y en una primera aproximación puede considerarse aislado adiabáticamente y el proceso un proceso adiabático.El enfriamiento adiabático se produce en la atmósfera terrestre con la elevación orográfica y las ondas de sotavento, y esto puede formar pileus o nubes lenticulares.Una técnica utilizada para alcanzar temperaturas muy bajas (milésimas e incluso millonésimas de grado por encima del cero absoluto) es a través de la desmagnetización adiabática, donde el cambio de campo magnético en un material magnético se utiliza para proporcionar enfriamiento adiabático.Además, el contenido de un universo en expansión puede describirse (en primer orden) como un fluido que se enfría adiabáticamente.El magma ascendente también experimenta un enfriamiento adiabático antes de la erupción, particularmente significativo en el caso de magmas que ascienden rápidamente desde grandes profundidades como las kimberlitas.Siempre hay alguna pérdida de calor, ya que no existen aislantes perfectos.Joule, en su célebre experimento sobre expansión libre, demostró que la energía interna de un gas perfecto era independiente del volumen (V), o la presión (P), solo función de la temperatura.Esta conclusión conduce a que, para un gas ideal: Pero en la expansión adiabática: Con lo que se obtiene la siguiente relación: En el gas ideal se cumple: Los valores(c) queda, la relación diferencial: E integrando entre los estados inicial y final: Teniendo en cuenta que al trabajar con gases perfectos se cumpleAhora sustituyendo las ecuaciones (2) y (3) en la ecuación (1) obtenemos simplificando dividiendo ambos lados de la igualdad entre PV Aplicando las normas del cálculo diferencial (es decir integrando a ambos lados) obtenemos que que tomando :Entonces elevando al exponente ambos lados de la igualdad eliminando el signo menos por lo tanto y Las propiedades de las curvas adiabáticas en un diagrama P-V son las siguientes: Según se dedujo anteriormente, la ecuación que describe un proceso adiabático del gas ideal, en un proceso reversible:el calor específico molar a presión constante yAl no haber suministro externo de calor, cualquier trabajo (W) realizado será a expensas de la energía U, En la fórmula: hacemos un pequeño cambio, entonces quedaría así: Ahora derivando la fórmula del trabajo e integrándola a la vez tenemos: Ahora reemplazamos la (4) en la (5): Ahora sabemos que "K" es una constante, por lo cual, esta sale de la integral: luego vemos que nos queda todo en función del volumen entonces lo integramos: como sabemos que: entonces reemplazamos en la ecuación: y multiplicamos: luego de resolver la ecuación nos quedará esta forma: y por definición nos quedaría: que al final nos dará: y esto será igual al trabajo: Existen tres relaciones en el enfriamiento adiabático del aire: La primera relación se usa para describir la temperatura del aire circundante a través del cual está pasando el aire ascendente.La segunda y tercera proporción son las referencias para una masa de aire que está ascendiendo en la atmósfera.El enfriamiento adiabático no tiene por qué involucrar a un fluido.Una técnica usada para alcanzar muy bajas temperaturas (milésimas o millonésimas de grado sobre el cero absoluto) es la desimanación adiabática, donde el cambio en un campo magnético en un material magnético es usado para conseguir un enfriamiento adiabático.Si en tal proceso se produce un cambio cualitativo en las propiedades del estado fundamental, como por ejemplo un cambio de spin la transformación se denomina transición de fase cuántica.