Avainero adiabaattisten ja isentrooppisten prosessien välillä on, että adiabaattiset prosessit voivat olla joko palautuvia tai irreversiibeliä, kun taas isentrooppinen prosessi on palautuva prosessi.
Kemiassa jaamme maailmankaikkeuden kahteen osaan. Se osa, josta olemme kiinnostuneita, on järjestelmä, ja loppu on ympäröivä. Järjestelmä voi olla organismi, reaktioastia tai jopa yksittäinen solu. Voimme erottaa järjestelmät niiden välisen vuorovaikutuksen tai tapahtuvan vaihdon tyypin perusteella. Joskus aine ja energia vaihtuvat järjestelmän rajojen kautta. Vaihtunut energia voi olla useita muotoja, kuten valoenergia, lämpöenergia, äänienergia jne. Jos järjestelmän energia muuttuu lämpötilaeron vuoksi, sanotaan, että lämpöä on virtannut. Joihinkin prosesseihin liittyy kuitenkin lämpötilavaihteluita, mutta ei lämpövirtausta; näitä kutsutaan adiabaattisiksi prosesseiksi. Isentrooppinen prosessi on eräänlainen adiabaattinen prosessi.
Mitä adiabaattiset prosessit ovat?
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 reaktio, joka tapahtuu Dewar-pullossa, on adiabaattinen. Toinen tapa adiabaattinen prosessi voi tapahtua, kun prosessi tapahtuu hyvin nopeasti; näin ollen ei ole enää aikaa siirtää lämpöä sisään ja ulos.
Termodynamiikassa adiabaattiset muutokset näytetään 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 ilma lämpenee, sillä on taipumus nousta. Koska ulkoilman paine on alhainen, nouseva ilmapaketti yrittää laajentua. Laajentuessaan ilmamolekyylit toimivat, ja tämä vaikuttaa niiden lämpötilaan. Tästä syystä lämpötila laskee noustessa.
Kuva 01: Adiabaattinen prosessi kaaviossa
Termodynamiikan mukaan lohkon energia pysyy vakiona, mutta se voidaan muuntaa suorittamaan laajennustyötä tai ylläpitämään lämpötilaa. Lämmönvaihtoa ulkopuolen kanssa ei ole. Sama ilmiö koskee myös ilmanpuristusta (esim. mäntä). Siinä tilanteessa, kun ilmapaketti puristuu, lämpötila nousee. Näitä prosesseja kutsutaan adiabaattiseksi lämmittämiseksi ja jäähdyttämiseksi.
Mitä ovat isentrooppiset prosessit?
Spontaanit prosessit lisäävät maailmankaikkeuden entropiaa. Kun näin tapahtuu, joko järjestelmän entropia tai ympäröivä entropia voi kasvaa. Isentrooppinen prosessi tapahtuu, kun järjestelmän entropia pysyy vakiona.
Kuva 02: Isentrooppinen prosessi
Kääntyvä adiabaattinen prosessi on esimerkki isentrooppisesta prosessista. Lisäksi isentrooppisen prosessin vakioparametrit ovat entropia, tasapaino ja lämpöenergia.
Mitä eroa on adiabaattisilla ja isentrooppisilla prosesseilla?
Adiabaattinen prosessi on prosessi, jossa ei tapahdu lämmönsiirtoa, kun taas isentrooppinen prosessi on idealisoitu termodynaaminen prosessi, joka on sekä adiabaattinen että palautuva. Tästä syystä keskeinen ero adiabaattisten ja isentrooppisten prosessien välillä on se, että adiabaattiset prosessit voivat olla joko palautuvia tai peruuttamattomia, kun taas isentrooppiset prosessit ovat palautuvia. Lisäksi adiabaattinen prosessi tapahtuu ilman lämmönsiirtoa järjestelmän ja ympäristön välillä, kun taas isentrooppinen prosessi tapahtuu ilman irreversiibeliä ja ilman lämmönsiirtoa.
Yhteenveto – Adiabaattiset vs isentrooppiset prosessit
Adiabaattinen prosessi on prosessi, jossa ei tapahdu lämmönsiirtoa. Isentrooppinen prosessi on idealisoitu termodynaaminen prosessi, joka on sekä adiabaattinen että palautuva. Tästä syystä keskeinen ero adiabaattisten ja isentrooppisten prosessien välillä on se, että adiabaattiset prosessit voivat olla joko palautuvia tai peruuttamattomia, kun taas isentrooppiset prosessit ovat palautuvia.
