Avainero adiabaattisten ja polytrooppisten prosessien välillä on, että adiabaattisissa prosesseissa ei tapahdu lämmönsiirtoa, kun taas polytrooppisissa prosesseissa tapahtuu lämmönsiirtoa.
Kemiassa jaamme maailmankaikkeuden kahteen osaan. Se osa, jota aiomme tutkia, on "järjestelmä", ja loput on "ympäröivä". Järjestelmä voi olla organismi, reaktioastia tai jopa yksittäinen solu. Pystymme erottamaan järjestelmät toisistaan sen perusteella, millaisia vuorovaikutuksia niillä on tai millaisia vaihtoja tapahtuu. Voimme luokitella järjestelmät kahteen ryhmään avoimiin ja suljettuihin järjestelmiin. Joskus asiat ja energia voivat mennä järjestelmän rajojen läpi. 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. Tämä lämmönsiirron rajoitus tapahtuu pääasiassa kahdella tavalla. Yksi on käyttää lämpöeristettyä rajaa, jotta lämpöä ei pääse sisään tai ole olemassa. Esimerkiksi reaktio, jonka suoritamme Dewar-pullossa, on adiabaattinen. Toiseksi adiabaattinen prosessi tapahtuu, kun prosessi tapahtuu hyvin nopeasti; näin ollen ei ole enää aikaa siirtää lämpöä sisään ja ulos.
Termodynamiikassa voimme näyttää adiabaattisia muutoksia muodossa dQ=0, missä Q on lämpöenergia. Näissä tapauksissa paineen ja lämpötilan välillä on suhde. Siksi järjestelmä muuttuu paineen vuoksi adiabaattisissa olosuhteissa.
Ajattele esimerkiksi, mitä tapahtuu pilven muodostuksessa ja suurissa konvektiovirroissa. Korkeammilla korkeuksilla on alhaisempi ilmanpaine. Kun ilma lämpenee, se pyrkii nousemaan. Koska ulkoilman paine on alhainen, nouseva ilmapaketti yrittää laajentua. Laajentuessaan ilmamolekyylit toimivat, ja tämä muuttaa niiden lämpötilaa. Siksi lämpötila laskee noustessa.
Kuva 01: Pilven muodostuminen on esimerkki adiabaattisesta prosessista
Termodynamiikan mukaan ilmalohkon energia pysyy vakiona, mutta se voidaan muuntaa erilaisiksi energiamuodoiksi (laajennustyön tekemiseksi tai ehkä lämpötilan ylläpitämiseksi). Lämmönvaihtoa ulkopuolen kanssa ei kuitenkaan ole. Samaa ilmiötä voidaan soveltaa myös ilmanpuristukseen (esim.esim. mäntä). Tässä tilanteessa ilmapaketin puristuessa lämpötila nousee. Näitä prosesseja kutsutaan adiabaattiseksi lämmittämiseksi ja jäähdyttämiseksi.
Mikä on polytrooppinen?
Polytrooppinen prosessi tapahtuu lämmönsiirron yhteydessä. Lämmönsiirto tapahtuu kuitenkin palautuvasti tässä prosessissa.
Kuva 02: Ilmapallon puh altaminen kuumassa auringossa on esimerkki polytrooppisesta prosessista
Kun kaasu läpikäy tämän tyyppisen lämmönsiirron, seuraava yhtälö pätee polytrooppiselle prosessille.
PVn=vakio
Missä P on paine, V on tilavuus ja n on vakio. Näin ollen PV:n pitämiseksi vakiona polytrooppisen kaasun laajennus-/puristusprosessissa sekä lämmön että työn vaihto tapahtuu järjestelmän ja ympäristön välillä. Siksi polytrooppinen prosessi on ei-adiabaattinen prosessi.
Mitä eroa adiabaattisella ja polytrooppisella on?
Adiabaattinen muutos on muutos, jossa lämpöä ei siirretä järjestelmään tai siitä ulos, kun taas polytrooppinen prosessi tapahtuu lämmönsiirron kanssa. Siksi adiabaattisten ja polytrooppisten prosessien avainero on se, että adiabaattisissa prosesseissa ei tapahdu lämmönsiirtoa, kun taas polytrooppisissa prosesseissa tapahtuu lämmönsiirtoa. Lisäksi yhtälö dQ=0 on totta adiabaattiselle prosessille, kun taas yhtälö PVn=vakio pätee polytrooppiselle prosessille.
Yhteenveto – Adiabaattinen vs polytrooppinen
Adiabaattinen ja polytrooppinen prosessi ovat kaksi tärkeää termodynaamista prosessia. Keskeinen ero adiabaattisten ja polytrooppisten prosessien välillä on, että adiabaattisissa prosesseissa ei tapahdu lämmönsiirtoa, kun taas polytrooppisissa prosesseissa tapahtuu lämmönsiirtoa.
