Adiabatische compressie is een thermodynamisch proces, waarbij de interne energie van het systeem toeneemt als gevolg van temperatuurstijging.
Adiabatische compressie wordt gekenmerkt door nul overdracht van warmte tussen het systeem en de omgeving. De temperatuurstijging tijdens de adiabatische compressie leidt tot een toename van de druk die normaal gesproken veel steiler is dan de snelheid van de volumeafname.
Een adiabatisch proces kan worden gedefinieerd door de uitdrukking:
PVꝩ = Constante
Waar,
P= Systeemdruk
V: Systeemvolume
ꝩ = Verhouding van soortelijke warmte van gas (Cp/Cv)
Hier is Cp de soortelijke warmte bij constante druk en Cv is de soortelijke warmte bij constante volume-omstandigheden. In de bovenstaande vergelijking wordt ervan uitgegaan dat het systeem perfect geïsoleerd is van de omgeving, zodat dQ=0 of geen warmteoverdracht met de omgeving plaatsvindt. De andere aanname van de bovenstaande uitdrukkingen is dat het gas een ideaal gas moet zijn (samendrukbaarheidsfactor = 1)
In de praktijk wordt ideaal gedrag getoond door weinig gassen of samenstelling van gassen. Bovendien is er altijd warmteverlies naar de omgeving wanneer een PV-werk wordt uitgevoerd door een systeem. Voor alle praktische doeleinden vertonen de meeste gassen echter bijna ideaal gedrag bij druk en temperatuur boven hun kookpunt. Onder deze omstandigheden zijn de botsingen tussen de gassen perfect elastisch en zijn de intermoleculaire krachten tussen de botsende atomen bijna onbestaande.
Afbeelding|: elastische botsing
Bron: https://www.nuclear-power.com/nuclear-engineering/thermodynamics/ideal-gas-law/what-is-ideal-gas/
Nog een praktisch voorbeeld van adiabatisch proces is gasturbine; operatie, waar het veranderingsproces erg raid is. Bij deze processen treedt het warmteverlies wel op, maar de hoeveelheid is vrij laag in vergelijking met de warmte die tijdens het proces wordt overgedragen, waardoor het onbeduidend is. Een ander voorbeeld van een adiabatisch proces is compressie en de expansieslagen van een verbrandingsmotor.
PV diagram aantal slagen in een verbrandingsmotor
Bron afbeelding: https://engineeringinsider.org/adiabatic-process-types/
Wat is adiabatische compressie?
In de thermodynamica is een adiabatisch proces wordt gekenmerkt door dQ=0, waarbij Q het met de omgeving overgedragen hart is.
Adiabatische compressie is een proces waarbij het uitgevoerde PV-werk negatief is en het resulteert in een verhoging van de temperatuur van het systeem. Deze temperatuurstijging verhoogt de interne energie van het systeem.
Adiabatische compressie veronderstelt een perfecte isolatie, wat puur theoretisch is. Adiabatische veronderstellingen kunnen echter veilig worden gemaakt door ingenieurs voor alle praktische doeleinden in processen die redelijk goed geïsoleerd zijn of die zeer snel zijn.
Adiabatische compressie hoe werkt het?
De adiabatische compressie werkt volgens dezelfde principes als die van de eerste wet van de thermodynamica.
De eerste wet van de thermodynamica stelt dat:
dQ= dU + dW
In adiabatische compressie, aangezien de warmteoverdracht met de omgeving nihil is, kan de bovenstaande vergelijking worden geschreven als:
dU= -PdV
Het bovenstaande houdt in dat de toename van de interne energie overeenkomt met een afname van het volume. De toename van de interne energie wordt aangegeven door de temperatuurstijging van het systeem.
PV Diagram van een adiabatisch proces
Bron: https://engineeringinsider.org/adiabatic-process-types/
Is compressie altijd adiabatisch?
Compressie wordt uitgevoerd voor samendrukbare vloeistoffen, die in feite gas zijn en vindt plaats via verschillende thermodynamische routes.
Het gascompressieproces kan thermodynamisch van drie typen zijn: – Isotherme, adiabatische en polytrope compressie. Al deze verschillende soorten compressies kunnen leiden tot verschillende terminale omstandigheden voor dezelfde hoeveelheid werk.
Isotherme compressie: Zoals de naam al doet vermoeden, vindt dit type compressie plaats bij constante temperatuur. Dit wordt bereikt door koelmiddel met een mantel over het compressorlichaam aan te brengen en/of te zorgen voor koeling tussen de fasen. In praktische toepassingen is volledige isotherme compressie echter zeer moeilijk te bereiken. Een bijna isotherme compressie kan worden bereikt door het compressieproces in een zeer langzaam tempo te laten ondergaan met voldoende tijd om de tijdens het proces gegenereerde warmte te verwijderen. Isotherme compressie wordt gegeven door de uitdrukking
PV = constant
Adiabatische compressie: Dit type compressie vereist dat de compressie wordt uitgevoerd zonder verlies of winst van warmte uit de omgeving. Om hetzelfde te bereiken is een perfect geïsoleerd systeem nodig. Een andere methode om te bereiken adiabatische compressie is om de compressie in een zeer snel tempo uit te voeren, zodat er geen tijd is voor overdracht van warmte van het systeem naar de omgeving. De adiabatische compressie wordt gegeven door de uitdrukking:
PVꝩ= constant, waarbij ꝩ de verhouding is van de soortelijke warmte van het gas dat wordt gecomprimeerd.
Polytrope compressie: Polytrope compressie definieert de feitelijke compressieprocessen die plaatsvinden in echte compressiesystemen zoals die in een gascompressor. EEN polytropisch compressieproces wordt gegeven door uitdrukking:
PVn = Constant, waarbij n varieert van 1-1.4
Adiabatische compressieformule
Adiabatische compressieformule is afgeleid van de eerste wet van de thermodynamica, aangezien er geen warmteoverdracht van en naar het systeem is.
De formule voor adiabatische compressie kan in verschillende vormen worden uitgedrukt, namelijk in PV-vorm, in TV-vorm en als PT-vorm, waarbij P, V en T respectievelijk druk, volume en temperatuur zijn.
De adiabatische compressie in druk- en temperatuurvorm wordt gegeven door:
P1-Ꝩ Tꝩ = Constante
De adiabatische compressie in volume- en temperatuurvorm:
TV-1= Constante
De adiabatische compressie in druk- en volumevorm wordt gegeven door:
PVꝩ= Constante
Hoe adiabatische compressie berekenen?
De adiabatische compressie kan worden berekend met behulp van de formule PVꝩ= constant.
Een zuiger die een gas in een cilinder comprimeert, wordt een adiabatisch proces genoemd, wanneer de warmteoverdracht naar de omgeving nihil is. In een dergelijk geval, als de beginvoorwaarden (P1 en V1) samen met de verhouding van de soortelijke warmte van gas (ꝩ) bekend zijn, kan een van de eindvoorwaarden (P2, V2) worden verkregen als er een is gespecificeerd. Zo wordt de formule:
P1V1ꝩ= P2V2ꝩ
Wat veroorzaakt adiabatische compressie (niet relevant)
Werk gedaan in adiabatische compressie
Het werk dat in een adiabatisch proces wordt gedaan, kan worden afgeleid van de formule voor adiabatisch proces
PVꝩ= Constante (K). Deze formule kan worden herschreven als P=KV-ꝩ
Om de verrichte arbeid te berekenen in adiabatisch proces Laten we aannemen dat het systeem is gecomprimeerd van de beginpositie van P1, V1 en T1 tot de eindpositie P2, V2 en T2. Het verrichte werk wordt gegeven door
Uitgevoerde arbeid (W)= Kracht x verplaatsing
W= Fdx
W=PAdx
W=P(Adx)
W=PdV
Om het werk te berekenen dat is gedaan tijdens het comprimeren van V1 naar V2, moet PdV worden geïntegreerd met de limieten van V1 en V2
Of W=
Of W=dV Waar P=KV-ꝩ
Dit kan worden gegeven als de werk gedaan in een adiabatisch proces.
Als we verder integreren, krijgen we de laatste uitdrukking voor werk gedaan als
W=1/(1−γ) {P2V2−P1V1}
Wat is het werk dat wordt gedaan in het adiabatische proces?
Een adiabatisch proces kan adiabatische compressie of een adiabatische expansie zijn.
In het geval van adiabatische compressie, werk wordt gedaan door de omgeving op het systeem en bij adiabatische expansie werk wordt gedaan door het systeem op de omgeving. Werk gedaan in adiabatisch proces is hetzelfde als werk gedaan in adiabatische compressie of expansie.
Een voorbeeld van adiabatische uitzetting is het opstijgen van warme lucht in de atmosfeer, die adiabatisch uitzet door een lagere atmosferische druk en daardoor afkoelt. In dit geval wordt er gewerkt door de opstijgende hete lucht en wordt er gewerkt door het systeem.
Is werk negatief bij adiabatische compressie?
Ja, werk gedaan door het systeem tijdens adiabatische compressie is negatief.
Adiabatische compressie vindt plaats met een toename van de interne energie van het systeem. We weten uit de eerste wet van thermodynamica dat aangezien dQ in adiabatische compressie nul is,
dU + dW=0
of dU=-dW
dU en dW hebben een negatieve relatie met elkaar. Dus, aangezien de interne energieverandering positief is, is het verrichte werk negatief.
De relatie kan ook worden bevestigd door het feit dat tijdens adiabatische compressie als de interne energie stijgt, wordt het werk gedaan door de omgeving op het systeem en daarom is het werk van het systeem op de omgeving negatief.
Integendeel, werk gedaan door systeem op de omgeving tijdens adiabatische expansie is positief.
Hoe bereken je het werk dat in het adiabatische proces is gedaan?
Een adiabatisch proces kan worden bereikt als de expansie of compressie van gas plaatsvindt in een perfect geïsoleerd systeem of zo snel wordt uitgevoerd dat warmteoverdracht naar de omgeving verwaarloosbaar is.
Wiskundig gezien is er geen verschil tussen een adiabatische expansie en adiabatische compressie en daarom volgen ze dezelfde formules en afleidingen.
Alle hierboven vermelde formules voor adiabatische compressie gelden dus voor elk adiabatisch proces.
Is adiabatische compressie omkeerbaar?
Adiabatische compressie is omkeerbaar als er geen verandering in entropie is
Een proces wordt omkeerbaar genoemd als het isentropisch is of als er geen verandering is in de entropie van het systeem of dS=0. Een adiabatische compressie is degene waarbij er geen verandering is in de warmteoverdracht met de omgeving. Om een adiabatische compressie omkeerbaar te maken, moet het compressieproces wrijvingsloos zijn.
An voorbeeld van een omkeerbare adiabatische compressie die ook wel een isentropische compressie wordt genoemd, is te vinden in een gasturbine of moderne straalmotoren. dit gas turbines volgen de Brayton-cyclus zoals hieronder aangegeven.
In de bovenstaande afbeelding, Het ideaal Brayton-cyclus bestaat uit vier thermodynamische processen.
Stadium 1-> stadium 2: Isoentropische compressie
Fase 2-> Fase 3: Isobare verwarming
Fase 3-> fase 4: Iso-entropische uitbreiding
Ik ben Sangeeta Das. Ik heb mijn master Werktuigbouwkunde afgerond met specialisatie in IC-motoren en auto's. Ik heb ongeveer tien jaar ervaring in de industrie en de academische wereld. Mijn interessegebieden omvatten IC-motoren, aerodynamica en vloeistofmechanica. Je kunt me bereiken op
Hallo medelezer,
We zijn een klein team bij Techiescience, dat hard werkt tussen de grote spelers. Als je het leuk vindt wat je ziet, deel dan onze inhoud op sociale media. Uw steun maakt een groot verschil. Bedankt!