In Adiabatisch verwarming, een materie wordt verwarmd zonder enige warmte aan het systeem toe te voegen, verwarming is eenvoudigweg te wijten aan de compressie van het volume van de materie.
Wanneer een gas wordt gecomprimeerd door adiabatische processen, net als in de cilinder van een dieselmotor, waar het gas onder druk staat en door het werk van de omgeving, stijgt de temperatuur van het gas in de cilinder en het proces staat bekend als adiabatische verwarming.
Adiabatische processen zijn processen waarbij er geen warmteoverdracht is tussen het systeem en de omgeving. Adiabatische processen zijn over het algemeen zichtbaar in gassen. Door adiabatische verwarming stijgt de temperatuur van het gas met de toename van de druk.
Wat is adiabatische verwarming?
Het verhogen of verlagen van de temperatuur zonder toevoeging of verwijdering van warmte wordt adiabatische verwarming of koeling genoemd.
Adiabatisch Verwarming is een effect van toename van de interne energie van het systeem als gevolg van PdV-werk door de omgeving op het systeem. Adiabatische verwarming is ook mogelijk in een isochoor proces
Het kan worden aangetoond in een systeem met stijve wanden die ondoordringbaar zijn voor warmte.
In het isochore systeem is, aangezien de wanden stijf zijn, de PdV-arbeid nul of de systeemdruk constant en er vindt geen volumeverandering plaats. Overweeg nu dat een viskeuze vloeistof aanwezig is in een systeem met starre en thermisch geïsoleerd wand, wordt de energie uit de omgeving geleverd door de stroperige vloeistof te roeren. Omdat het roeren resulteert in een verhoging van de temperatuur van de vloeistof, waardoor de interne energie toeneemt.
De praktische toepassing van adiabatische verwarming wordt waargenomen in een dieselmotor waar door compressie de brandstofdamptemperatuur voldoende wordt verhoogd om deze te ontsteken.
In het algemeen Adiabatisch proces is een thermodynamisch proces waarbij geen warmteoverdracht plaatsvindt vindt plaats tussen het systeem en de omgeving. Om warmte-interactie te voorkomen, is het hele systeem goed geïsoleerd of gebeurt het proces zo snel dat er geen tijd is voor warmteoverdracht, ook al is er geen thermische isolatie.
Lucht is een mengsel van verschillende gassen, ondergaat zowel adiabatische verwarming als koeling. Als een gas tijdens een adiabatisch proces wordt gecomprimeerd, stijgt de temperatuur, wat duidt op adiabatische verwarming. Integendeel, als het gas tijdens het adiabatische proces wordt geëxpandeerd, daalt de temperatuur ervan, wat verwijst naar adiabatische koeling. We kunnen zowel adiabatische verwarming als koeling duidelijk zien in de natuur.
Image credit: woestijnmysteries.wordpress.com
In de bovenstaande afbeelding kunnen we zien dat adiabatische koeling of verwarming van lucht plaatsvindt door uitzetting en compressie van gassen waarbij geen warmte wordt gewonnen of verloren door gebrek aan tijd voor warmte-uitwisseling.
Waar vindt adiabatische verwarming plaats?
Om adiabatische verwarming te laten plaatsvinden, moet het systeem zo zijn ontworpen dat er geen warmteverlies uit het systeem is wanneer er door de omgeving aan het systeem wordt gewerkt.
Een echte adiabatische verwarming is dus mogelijk, wanneer het systeem thermisch geïsoleerd is van de omgeving en er energie aan het systeem wordt toegevoegd. Dit werk kan een drukvolumewerk of een wrijvingswerk zijn.
In de praktijk kan deze toestand optreden als het uitgevoerde PV-werk zo snel gaat dat er weinig of geen tijd beschikbaar is om de warmteoverdracht van het systeem naar de omgeving te laten plaatsvinden.
An voorbeeld van een dergelijk proces wordt waargenomen bij een 4-takt dieselmotor met compressieontsteking, waarbij het compressieproces zo snel plaatsvindt dat er geen tijd is voor warmteverlies naar de omgeving. De resulterende adiabatische temperatuurstijging is zo snel en zo hoog dat het leidt tot zelfontbranding van de brandstof.
Wat is het proces van adiabatische verwarming?
Het proces van adiabatische verwarming vindt plaats wanneer er door de omgeving aan het systeem wordt gewerkt.
Om het proces van adiabatische verwarming te laten plaatsvinden, zijn er twee manieren waarop energie kan worden omgezet om te werken in een 'adiabatisch geïsoleerd' systeem. Een daarvan is waar het pdv-werk van compressie op het systeem wordt gedaan.
Het compressieproces wordt hier als wrijvingsloos beschouwd en de vloeistof die wordt gecomprimeerd heeft geen viscositeit. Deze soort werk wordt ook wel isentropisch genoemd omdat er binnen het systeem geen entropie wordt geproduceerd. Het tweede type proces is isochore verwarming van vloeistof in een vat met stijve wanden.
De hier beschouwde vloeistof is zeer viskeus en verwarming wordt bereikt door de vloeistof te roeren door een externe energiebron te verschaffen. Omdat de wanden stijf en adiabatisch geïsoleerd zijn, wordt hier geen pdv-werk verricht en leidt de warmteontwikkeling door het roeren van de viskeuze vloeistof tot temperatuurstijging of adiabatische verwarming.
Wordt warmte geabsorbeerd in het adiabatische proces?
Het adiabatische proces is het proces waarbij er ofwel geen warmteafvoer naar de omgeving is, ofwel perfect geïsoleerd is. Daarom is er in een ideaal adiabatisch proces geen absorptie van warmte.
Voor een adiabatisch proces, de eerste wet van de thermodynamica verandert in:
dU= -PdV als dQ=0
Hier
dU is interne energie
PdV is druk Volume werk gedaan
dQ is warmteoverdracht met de omgeving.
Hoe weet u of een proces adiabatisch is?
Adiabatisch proces is een ideaal proces en kan in het echte leven niet worden bereikt. De processen in het echte leven kunnen slechts bij benadering adiabatisch zijn.
In de thermodynamica, om een proces adiabatisch te laten zijn, moet het systeem ondoordringbaar zijn voor warmte. De energieoverdracht tussen het systeem en de omgeving in a adiabatisch proces is alleen mogelijk door te werken.
In werkelijkheid is deze voorwaarde moeilijk te bereiken. Als een proces echter zeer snel wordt uitgevoerd, zodat er geen tijd beschikbaar is om warmte af te voeren, kan het proces als bij benadering adiabatisch worden genoemd. Hier is snel kwalitatief en niet kwantitatief.
Als de tijdschaal waarin het proces plaatsvindt klein genoeg is om een onbeduidende hoeveelheid energie te verliezen in vergelijking met winst of verlies van interne energie van het systeem terwijl er aan of door het systeem wordt gewerkt, komt het proces in aanmerking om een adiabatisch proces te worden genoemd. Een voorbeeld van het echte leven adiabatisch proces is afkoeling van heet magma terwijl het van onder het aardoppervlak naar boven komt.
Adiabatische verwarmingsvergelijking
Bij adiabatische verwarming is de verandering in temperatuur van het systeem voornamelijk te wijten aan interne veranderingen die plaatsvinden.
Wat is het verschil tussen adiabatische verwarming en koeling?
Zowel adiabatische verwarming als koeling komen vaak voor in een convectieve atmosferische stroom.
De belangrijkste verschillen tussen deze twee fenomenen worden hieronder opgesomd:
| Adiabatische verwarming | Adiabatische koeling |
| Bij adiabatische verwarming wordt een temperatuurstijging van gas waargenomen. | Tijdens adiabatische koeling wordt een temperatuurdaling waargenomen. |
| Lucht zakt en comprimeert. | Lucht stijgt en zet uit. |
| Door hoge moleculaire botsingen stijgt de temperatuur. | Door minder moleculaire botsingen daalt de temperatuur. |
Adiabatische zelfverhitting
Door oxidatie hebben sommige materialen een affiniteit met zelfverhitting.
Adiabatische zelfverhitting is het resultaat van oxidatie van een materiaal, als de warmte die tijdens oxidatie wordt gegenereerd sneller is dan de snelheid waarmee het wordt afgevoerd naar de omgeving, leidt dit tot zelfverhitting. De geproduceerde warmte verhoogt de temperatuur die het oxidatieproces verbetert totdat de zelfontbrandingstemperatuur is bereikt.
Een van de meest voorkomende voorbeelden van zelfverhitting die in de natuur wordt waargenomen, is zelfontbranding van steenkool.
Zelfverhitting of zelfontbranding van steenkool is te wijten aan zijn interactie met zuurstof en zijn onvermogen om de warmte die bij deze reactie wordt gegenereerd af te voeren.
Voorbeeld adiabatische verwarming
Adiabatische verwarming vindt plaats als een ideaal gas wordt gecomprimeerd in een cilinder die perfect is geïsoleerd. Bovenstaande voorbeeld is voor ideaal gas, maar de formules die zijn afgeleid op basis van bovenstaande veronderstelling kunnen in veel dagelijkse toepassingen in de praktijk worden gebruikt.
Voorbeelden van adiabatische verwarming zijn:
- De compressieslag van een dieselmotor waarbij het mengsel van diesel en lucht wordt gecomprimeerd, wat leidt tot een stijging van de temperatuur van het mengsel, waardoor zelfontbranding ontstaat. De stap gaat zo snel dat er geen tijd is voor significant verlies uit de omgeving.
- Een ander voorbeeld van adiabatische verwarming is de verwarming van een luchtpakket in de atmosfeer wanneer het snel van een bergwand glijdt. De geleidelijke toename van de atmosferische druk naarmate het luchtpakket naar beneden gaat, leidt tot een afname van het volume en een toename van de interne energie. Hoewel het systeem hier niet geïsoleerd is, omdat de luchtmassa deze warmte heel langzaam naar de omgeving kan uitstralen, is het proces praktisch adiabatisch.
Lees meer over Hydronisch verwarmingssysteem.
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