Avainero adiabaattisen ja isotermisen välillä on se, että adiabaattinen tarkoittaa, että järjestelmän ja ympäristön välillä ei tapahdu lämmönvaihtoa, kun taas isoterminen tarkoittaa, että lämpötila ei muutu.
Kemiaa varten maailmankaikkeus on jaettu kahteen osaan. Meitä kiinnostavaa osaa kutsutaan järjestelmäksi ja loput ympäröiväksi. Järjestelmä voi olla organismi, reaktioastia tai jopa yksittäinen solu. Järjestelmät erottuvat vuorovaikutuksen tyypistä tai tapahtuvan vaihdon tyypeistä.
Järjestelmät voidaan luokitella kahteen avoimiin järjestelmiin ja suljettuihin järjestelmiin. Joskus aineet ja energia voidaan vaihtaa järjestelmän rajojen kautta. Vaihtunut energia voi esiintyä useissa muodoissa, kuten valoenergia, lämpöenergia, äänienergia jne. Jos järjestelmän energia muuttuu lämpötilaeron takia, sanotaan, että lämpöä on virtannut. Adiabaattinen ja polytrooppinen ovat kaksi termodynaamista prosessia, jotka liittyvät lämmönsiirtoon järjestelmissä.
Mikä on adiabaattinen?
Adiabaattinen muutos on muutos, jossa lämpöä ei siirretä järjestelmään tai siitä ulos. Lämmönsiirto voidaan pysäyttää pääasiassa kahdella tavalla. Yksi on käyttää lämpöeristettyä rajaa, jotta lämpöä ei pääse sisään tai poistumaan. Esimerkiksi Dewar-pullossa suoritettu reaktio on adiabaattinen. Toisen tyyppinen adiabaattinen prosessi tapahtuu, kun prosessi tapahtuu hyvin nopeasti; näin ollen ei ole enää aikaa siirtää lämpöä sisään ja ulos.
Termodynamiikassa adiabaattiset muutokset esitetään arvolla dQ=0. Näissä tapauksissa paineen ja lämpötilan välillä on suhde. Siksi järjestelmä muuttuu paineen vuoksi adiabaattisissa olosuhteissa. Näin tapahtuu pilvien muodostumisessa ja laajamittaisissa konvektiovirroissa. Korkeammilla korkeuksilla on alhaisempi ilmanpaine. Kun ilmaa lämmitetään, se pyrkii nousemaan. Koska ulkoilman paine on alhainen, nouseva ilmapaketti yrittää laajentua. Laajentuessaan ilmamolekyylit toimivat, ja tämä vaikuttaa niiden lämpötilaan. Siksi lämpötila laskee noustessa.
Kuva 01: Adiabaattinen prosessi
Termodynamiikan mukaan lohkon energia pysyy vakiona, mutta se voidaan muuntaa suorittamaan laajennustyötä tai ehkä ylläpitämään lämpötilaa. Lämmönvaihtoa ulkopuolen kanssa ei ole. Tätä samaa ilmiötä voidaan soveltaa myös ilmanpuristukseen (esim.esim.: mäntä). Tässä tilanteessa ilmapaketin puristuessa lämpötila nousee. Näitä prosesseja kutsutaan adiabaattiseksi lämmittämiseksi ja jäähdyttämiseksi.
Mikä on isoterminen
Isoterminen muutos on muutos, jossa järjestelmä pysyy vakiolämpötilassa. Siksi dT=0. Prosessi voi olla isoterminen, jos se tapahtuu hyvin hitaasti ja jos prosessi on palautuva. Jotta muutos tapahtuu hyvin hitaasti, on riittävästi aikaa säätää lämpötilan vaihteluita. Lisäksi, jos järjestelmä voi toimia kuten jäähdytyselementti, jossa se voi pitää vakiona lämpötilan absorboituaan lämmön, se on isoterminen järjestelmä.
Kuva 2: Isoterminen muutos
Ihanteelle, joka on isotermisissä olosuhteissa, paine voidaan antaa seuraavasta yhtälöstä.
P=nRT /V
Työstä lähtien W=PdV voidaan johtaa seuraava yhtälö.
W=nRT ln (Vf/Vi)
Siksi vakiolämpötilassa laajennus- tai puristustyö tapahtuu samalla kun järjestelmän äänenvoimakkuutta muutetaan. Koska isotermisessä prosessissa ei tapahdu sisäistä energiamuutosta (dU=0), kaikki syötetty lämpö käytetään työhön. Näin tapahtuu lämpömoottorissa.
Mitä eroa on adiabaattisen ja isotermisen välillä?
Adiabaattinen tarkoittaa, että järjestelmän ja ympäristön välillä ei tapahdu lämmönvaihtoa, joten lämpötila nousee, jos kyseessä on puristus tai lämpötila laskee laajeneessa. Sitä vastoin isoterminen tarkoittaa, että lämpötilassa ei ole muutosta; siten lämpötila järjestelmässä on vakio. Tämä saadaan vaihtamalla lämpöä. Adiabaattisessa dQ=0, mutta dT≠0. Isotermisissä muutoksissa dT=0 ja dQ ≠0. Joten tämä on tärkein ero adiabaattisen ja isotermisen välillä. Lisäksi adiabaattiset muutokset tapahtuvat nopeasti, kun taas isotermiset muutokset tapahtuvat hyvin hitaasti.
Alla infograafissa on yhteenveto adiabaattisen ja isotermisen eroista.
Yhteenveto – Adiabaattinen vs isoterminen
Avainero adiabaattisen ja isotermisen välillä on se, että adiabaattinen tarkoittaa, että järjestelmän ja ympäristön välillä ei tapahdu lämmönvaihtoa, kun taas isoterminen tarkoittaa, että lämpötila ei muutu.
Kuva:
1. "Adiabatic" (CC BY-SA 3.0) Commons Wikimedian kautta
2. "Isoterminen prosessi" kirjoittanut Netheril96 - Oma työ (CC0) Commons Wikimedian kautta
