Разница между адиабатическим, изотермическим и изобарическим процессом
В адиабатической системе нет чистого изменения тепла. Когда газ расширяется, температура падает, что приводит к адиабатическому охлаждению. Если газ сжимается, температура повышается, что приводит к адиабатическому нагреванию. Адиабатические процессы важны в науке об атмосфере. В изотермическом процессе температура постоянна, а давление и объем находятся в обратной зависимости друг от друга. Примером изотермического процесса является изменение фазы. При смене фазы температура вещества не меняется, даже если его теплота и объем изменяются. В изобарической системе давление остается постоянным, а объем будет увеличиваться или уменьшаться с температурой. Если объем газа поместить, например, в морозильную камеру, то он уменьшится в объеме, поскольку давление остается постоянным, а температура падает.
Что такое адиабата?
Адиабатическая система или процесс — это система, в которой нет чистого изменения тепловой энергии. Адиабатические процессы связаны с первым законом термодинамики. Этот закон гласит, что когда тепловая энергия помещается в систему, она либо изменяет внутреннюю энергию системы, либо совершает работу. Это связано с законом сохранения энергии, который гласит, что материя и энергия не могут быть созданы или уничтожены. В контексте термодинамики тепловая энергия в системе должна что-то делать. Она либо изменяет внутреннюю энергию системы, либо совершает работу, либо какую-то комбинацию того и другого. Она не может просто исчезнуть.
В адиабатической системе давление, объем и температура изменяются таким образом, что тепловая энергия остается постоянной. Адиабатические процессы наиболее ярко проявляются в газах. Адиабатическое нагревание газа приводит к повышению температуры при увеличении давления на газ. Если давление на газ уменьшается, то температура понижается, что приводит к адиабатическому охлаждению. При адиабатическом нагревании газ сжимается, и, следовательно, над ним совершается работа со стороны окружающей среды. Если происходит адиабатическое охлаждение, это приводит к расширению газа, и газ совершает работу над окружающей средой.
Пример, когда адиабатические процессы важны, можно привести в контексте поршня, например, поршня в дизельном двигателе. При увеличении давления на поршень газ сжимается. При декомпрессии газ снова расширяется, двигая поршень. Это контролируется адиабатическими процессами.
Адиабатические процессы важны в метеорологии. Если посылка воздуха поднимается вверх, давление на нее уменьшается, что приводит к снижению температуры воздуха вследствие адиабатического охлаждения. С другой стороны, если воздушная масса прижимается к земле, то давление на нее увеличивается, что приводит к нагреванию воздушной массы. Поскольку давление воздуха уменьшается с высотой, температура будет уменьшаться с высотой в атмосфере. Скорость, с которой температура уменьшается с увеличением высоты над уровнем моря, известна как скорость адиабатического затухания.
Что такое изотерма?
Изотермический процесс — это процесс, в котором температура остается постоянной даже при изменении давления и объема. В термодинамике давление, температура и объем связаны газовым законом Бойля. Если одно из них остается постоянным, остальные изменяются пропорционально друг другу. Если температура газа остается постоянной, давление и объем газа будут обратно пропорциональны.
Примером изотермического процесса является изменение фазы. Когда вещество, например, вода, достигает температуры плавления или кипения, давление и температура остаются постоянными, поскольку фаза, объем и тепловая энергия изменяются.
Изотермические процессы лежат в основе тепловых двигателей, которые используются в электростанциях, автомобилях, самолетах, ракетах и других машинах, важных для современной цивилизации. Изотермические процессы также важны в биологии, геологии, космонавтике, планетарных науках и многих других областях.
Что такое изобарический?
В изобарическом процессе давление в системе остается постоянным. В изобарических условиях объем и температура находятся в прямой зависимости. Если температура увеличивается, то увеличивается и объем. Это можно проиллюстрировать, поместив воздушный шар в морозильную камеру. Давление внутри шарика и снаружи останется постоянным, но по мере охлаждения шарик начнет уменьшаться в объеме.
Другой пример — утяжеленный поршень, который перемещается под действием нагретого газа в цилиндре. При нагревании температура газа повышается, и газ расширяется, давя на поршень. Если бы поршень был неподвижен и не мог двигаться, давление в газе росло бы вместо того, чтобы газ расширялся, и система не была бы изобарической.
Изобарические процессы важны в конструкции тепловых двигателей, поскольку некоторые тепловые двигатели полагаются на изобарические процессы для преобразования тепловой энергии в механическую.
Сходство между адиабатическим и изотермическим и изобарическим процессами
Адиабатические, изотермические и изобарные процессы связаны с давлением, температурой и объемом. Все они также наиболее хорошо иллюстрируются на примере газов. Все три типа процессов также наиболее актуальны в атмосферах планет.
Различия между адиабатическим и изотермическим и изобарным процессами
Хотя эти процессы имеют сходство, они также имеют важные различия. К ним относятся следующие.
- Температура газа будет уменьшаться по мере расширения газа в адиабатической системе, тогда как температура будет оставаться постоянной при расширении газа в изотермической системе и увеличиваться при расширении газа в изобарической системе.
- В адиабатической или изотермической системе объем газа обратно пропорционален температуре, тогда как в изобарической системе он прямо пропорционален температуре.
- Давление газа обратно пропорционально объему в изотермической системе, тогда как в изобарической системе оно не меняется, а давление на газ обратно пропорционально объему в адиабатической системе.
- Теплота не изменяется в адиабатической системе, тогда как она изменяется в изотермической или изобарической системе.
