Expansão Adiabática Reversível: Processo, Fórmula, Trabalho, Exemplo e FATOS Exaustivos

Este artigo discute sobre a expansão adiabática reversível em detalhes. Um processo adiabático é um processo no qual a transferência de calor através das paredes do sistema não ocorre.

Os processos reversíveis são aqueles processos que são ideais. Pode-se rastrear todo o caminho que foi seguido pelo fluido de trabalho, o que significa que se um processo 1-2 ocorre, ele pode ir de 2-1 seguindo o mesmo caminho. Isso significa que não há perdas dentro do sistema.

O que é expansão adiabática reversível?

Como discutido acima, os processos reversíveis são processos ideais e processos adiabáticos são aqueles em que a transferência de calor não ocorre. Os processos reversíveis são infinitesimalmente lentos, ou seja, em um arranjo de cilindro de pistão, o pistão se move a uma velocidade muito lenta, de modo que parece estacionário.

A expansão adiabática reversível é o processo no qual o volume do gás se expande ou aumenta após a conclusão do processo. A temperatura do fluido de trabalho ou do sistema diminui como resultado da expansão.

Fórmula de expansão adiabática reversível

A fórmula para expansão adiabática mostra a relação entre volume e temperatura. A temperatura diminui com o aumento do volume.

A fórmula é dada abaixo-

T₂-T₁ = (V₁/V₂)^γ-1/γ

Temperatura de expansão adiabática reversível

A temperatura diminui com o aumento do volume. Conseqüentemente, no processo de expansão adiabática reversível, a temperatura diminui.

A temperatura no processo de expansão adiabática reversível diminui com o aumento do volume. A relação entre volume e temperatura é discutida nas seções anteriores.

Entropia de expansão adiabática reversível

Entropia é a medida de aleatoriedade ou grau de desordem. É uma quantidade muito importante na termodinâmica. A eficiência ou qualidade de qualquer ciclo termodinâmico depende da entropia.

Na expansão adiabática reversível, a entropia do sistema é zero. Para qualquer processo adiabático reversível, a entropia do sistema permanece zero.

Expansão adiabática reversível de um gás ideal

Um gás é considerado ideal quando não tem atrito e não incorre em perdas enquanto qualquer termodinâmico processo está ocorrendo. Ao lidar com problemas de termodinâmica, o gás é geralmente considerado ideal para cálculos fáceis.

As fórmulas importantes relacionadas ao gás ideal quando ele sofre expansão adiabática reversível são fornecidas abaixo-

T₂-T₁ = (V₁/V₂)^γ-1/γ

e para a relação pressão-temperatura,

T₂-T₁ = (P₂/P₁)^γ-1/γ

Expansão adiabática reversível de um gás real

Um gás real não é ideal por natureza, pois não obedece às leis dos gases ideais. Eles apresentam efeitos compressíveis, não são isentos de atrito, têm capacidades térmicas específicas variáveis, etc. Portanto, o trabalho realizado por um gás real é sempre menor do que o trabalho realizado pelo gás ideal.

A equação de Van Der Wall para um gás real é dada abaixo-

(p + um²/V²)(V – nb) = nRT

Claramente, o trabalho obtido ao fazer a expansão adiabática reversível do gás real é muito menor do que o obtido com o gás ideal.

Suposições feitas para o gás ideal

Um gás nunca pode ser ideal. Todos os gases são reais de uma forma ou de outra. No entanto, algumas suposições podem ser feitas a respeito de um gás ideal, o que nos ajuda a ter uma ideia de quão ideal é um determinado gás. As suposições feitas para o gás ideal são fornecidas abaixo-

• Zero interações entre partículas- Os átomos de gás não colidem uns com os outros.
• Sem atrito- O gás não será afetado pelo atrito em todo o curso do processo termodinâmico.
• Incompressível- A densidade do gás permanece constante, não muda com a mudança na pressão ou temperatura ambiente.
• Tende a falhar em temperaturas mais baixas e altas pressões- Isso acontece porque as interações inter moleculares tornam-se significativas nesta fase.

Em situações práticas, todos os gases são de natureza ideal e o gás mais próximo do gás ideal é O gás hélio devido à sua inerte Nature.

Características de um gás real

As características do gás real são tudo o que não é ideal na natureza. Isso acontece devido a interações inter moleculares, fricção e outras variáveis. As características do gás ideal são as seguintes-

• Compressível- Os gases reais são compressíveis, o que significa que sua densidade pode ser alterada.
• Capacidade de calor variável- Suas capacidades de calor não são constantes, eles podem mudar com a mudança no ambiente.
• Forças de Van Der Walls- Essas forças surgem devido à interação dependente da distância entre as moléculas. Na fórmula para o gás real, há um fator de correção para os efeitos de pressão e volume.
• Efeitos termodinâmicos de não equilíbrio.

Trabalho realizado em processo adiabático reversível

A transferência de calor é zero no processo adiabático reversível. Assim, o trabalho não é transferido na forma de calor, mas em variação de volume.

A fórmula que representa o trabalho realizado em um processo adiabático reversível é dado abaixo-

W = nR(T₁-T₂)/γ-1

Créditos de imagem: Usuário: Stannered, Adiabático, CC BY-SA 3.0

Entalpia de expansão adiabática reversível

A entalpia é uma função de calor. Ele muda com a quantidade de transferência de calor que ocorre.

A entalpia depende da taxa de transferência de calor que ocorre. Como, em um processo adiabático, a mudança no conteúdo de calor é zero, então o entalpia variação também é zero.

Temperatura final de expansão adiabática reversível

Durante um processo de expansão adiabática, a temperatura final é sempre menor que a temperatura inicial como resultado do processo de expansão.

A final a temperatura pode ser calculada a partir da relação temperatura-volume dado abaixo-

T₂/T₁ = (V₁/V₂)^γ-1/γ

A temperatura final também pode ser calculada a partir da relação temperatura-pressão dada abaixo-

T₂/T₁ = (p₂/p1)^γ-1/γ

Exemplo de expansão adiabática reversível

Nenhum processo é completamente reversível ou adiabático, porém o mais próximo que podemos chegar de um processo adiabático reversível é a propagação de ondas sonoras em fluidos.

No ciclo de Carnot (novamente um ciclo ideal) usa reversível expansão adiabática e compressão adiabática reversível para fins de expansão e compressão.

Por que a mudança de entropia para um processo adiabático reversível é zero

A entropia de um sistema muda se o conteúdo de calor do sistema mudar. Desde o transferência de calor é proibido pelas paredes do sistema adiabático, a variação de entropia líquida também é zero.

Graficamente, as propriedades que formam um caminho fechado são zero. Isso significa que o ponto de partida e o ponto final são iguais. No caso da entropia, por estar seguindo um ciclo reversível, a entropia volta ao mesmo caminho para sua posição original. Portanto, é zero.