A compressão e a expansão adiabática são dois processos famosos na termodinâmica.
Neste processo, a substância é expandida sem transferência de calor. O Carnot, Diesel, Otto são exemplos do processo adiabático.
Os principais processos de trabalho realizados são adiabáticos na termodinâmica. um é um processo adiabático reversível e outro é uma expansão adiabática irreversível.
O processo adiabático irreversível ocorre na expansão livre do gás.
O que é expansão adiabática?
O processo adiabático em termodinâmica é usado em vários ciclos
É a expansão da substância no sistema sem transferência de calor ou massa com o ambiente.
Este conceito é bem compreendido no estudo da máquina térmica. o a expansão adiabática é um processo idealizado sem transferência de calor.
Na prática real, a expansão da substância é causada em um sistema muito rápido. Esse processo está ocorrendo rapidamente, de modo que a troca de calor do sistema para o ambiente é mínima. O fluxo de calor através da fronteira é significativamente menor. Este processo é considerado expansão adiabática.
Fórmula de expansão adiabática
Existem muitas condições possíveis para a fórmula de expansão adiabática.
Algumas suposições são feitas para direcionar a equação para o processo de expansão adiabática.
A parede do sistema é isolante
A parede do sistema (cilindro) é sem atrito
Se o pistão subir pela distância dx devido à ação da pressão P
O trabalho realizado no sistema pode ser dado como,
dW = PA dx
Aqui, A é a área da seção transversal sobre o topo do pistão,
podemos escrever A dx = dV = Mudança no volume
dW = PdV
A expansão da substância é adiabática; o estado da substância mudou de P1, V1, T1 para P2, V2, T2.
Condição do processo adiabático, PVϒ = Constante = K
O trabalho total no sistema pode ser dado como,
Use P = K * V-ϒ
Processo de expansão adiabática
Este processo é possível em motores, refrigeração e ar condicionado
A expansão do gás é muito rápida, portanto a troca de calor é insignificante entre o sistema e o ambiente.
Existem dois processos compressão adiabática e expansão adiabática. Ambos os processos são realizados com mínima transferência de calor na fronteira na prática real.
O fundamental do processo de expansão adiabática livre é um pouco diferente da expansão adiabática.
Suponha que enchemos o gás em uma caixa e juntamos outra caixa vazia com ele. Ambas as caixas têm a mesma parede. Suponha que perfuremos a parede comum, o gás de uma caixa começa a se expandir na segunda caixa. Este processo de expansão é denominado expansão livre.
Este processo de expansão é causado devido ao volume, então a pressão se torna zero. Não há trabalho feito devido à ausência de pressão. Se esta caixa ou sistema for isolado termicamente, o processo é conhecido como expansão adiabática livre.
A transferência de calor Q = 0, Trabalho realizado W = 0
Taxa de expansão adiabática
Existem dois tipos de calor específicos nos processos termodinâmicos.
A proporção de calor específico em pressão constante para calor específico em volume constante é conhecida como índice adiabático ou proporção de calor específico.
Se Cp = O valor do calor específico a pressão constante
Cv = O valor do calor específico em volume constante
ϒ = Razão dos dois calor específico ou índice adiabático
ϒ = Cp/Cv
O índice adiabático é 1.7 para o gás monoatômico ideal como argônio, hélio.
Mudança de temperatura de expansão adiabática
A temperatura do sistema será afetada se o sistema trocar calor.
Não há troca de calor neste processo, mas o trabalho realizado na expansão se deve à redução da temperatura.
A energia interna do processo de expansão adiabática é menor do que a do processo isotérmico. Não há troca de calor com pequenos trabalhos realizados.
Se o processo de expansão for livre, a temperatura permanece constante. A entropia do sistema tem relação direta com o volume se a temperatura for constante. Esse processo é irreversível devido a um aumento na entropia.
Trabalho de expansão adiabática
O trabalho realizado no processo é função da transferência de calor e energia interna.
No processo adiabático, a transferência de calor é zero. Trabalho realizado = Mudança na energia interna.
A trabalho de expansão do processo adiabático é dado abaixo,
Expansão adiabática de gás
A expansão livre adiabática da substância como gás é um conceito simples de entender.
O gás é expandido no vácuo sem pressão externa. O trabalho é zero neste processo porque a pressão externa é zero. W = P * dV
Se o gás enchido do recipiente se expandir livremente no espaço, não há pressão externa agindo sobre o gás.
Trabalho realizado = Pressão * Mudança no volume
pressão = 0, então o trabalho realizado no sistema ou a partir dele é zero.
Em um processo adiabático, a transferência de calor não é possível,
De acordo com o eust lei da termodinâmica,
ΔQ - ΔW = ΔU
Onde ΔQ = Zero e ΔW = Zero
Então a mudança em energia interna = Zero.
Expansão adiabática de um gás ideal
O comportamento do processo é alterado se o gás for ideal.
A expansão da substância ideal como gás ideal é um processo de temperatura constante (processo isotérmico)
Geralmente consideramos o processo isentrópico e o adiabático iguais, mas não é o mesmo em todos os casos. Vamos considerar o exemplo da expansão do ideal gás.
Nós consideramos algumas suposições para este processo,
- O cilindro e o pistão não têm atrito
- Há vácuo fora do pistão e do cilindro
- O pistão e o cilindro são isolado termicamente
- Não há transferência de calor entre o sistema e o ambiente (processo adiabático)
Se for permitido que o gás preenchido se expanda empurrando o pistão, o gás se expande devido ao volume sem qualquer pressão externa. Este processo é um exemplo de aumento de entropia e um processo irreversível.
Expansão irreversível adiabática
No processo irreversível, o estágio inicial não é restaurado após a conclusão do processo.
A entropia do sistema varia devido ao atrito. Este processo não é lento como quase estático.
A pressão externa para um gás ideal é constante no processo de expansão adiabática.
A expansão irreversível adiabática o processo é isotérmico.
Exemplo de expansão adiabática
Seus muitos processos em engenharia são considerados expansão adiabática.
- Liberação de ar do pneu ou contêiner
- Expansão de gás em gás turbinar adiabaticamente
- Expansão a vapor bocal & turbina
- expansão dentro do arranjo pistão-cilindro com uma suposição
- Expansão adiabática livre de gás contido em um recipiente
- Processo de expansão no motor térmico com uma suposição
- Aquecimento adiabático e sistema de arrefecimento
- Dispositivo de expansão
Sou Deepak Kumar Jani, estou fazendo doutorado em Energia Mecânica-Renovável. Tenho cinco anos de docência e dois anos de experiência em pesquisa. Minha área de interesse é engenharia térmica, engenharia automobilística, medição mecânica, desenho de engenharia, mecânica de fluidos, etc. Eu registrei uma patente sobre “Hibridização de energia verde para produção de energia”. Publiquei 17 artigos de pesquisa e dois livros.
Estou feliz por fazer parte do Lambdageeks e gostaria de apresentar um pouco da minha experiência de forma simplista aos leitores.
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