An adiabatisch proces al dan niet omkeerbaar zijn. Om een adiabatisch proces omkeerbaar te laten zijn, moet het aan weinig andere voorwaarden voldoen.
Een adiabatisch proces kan omkeerbaar zijn, maar niet alle adiabatische processen zijn standaard omkeerbaar. Voordat we komen tot een omkeerbaar adiabatisch proces, moeten we eerst de factoren begrijpen die de omkeerbaarheid of onomkeerbaarheid van een systeem in de thermodynamica bepalen.
A omkeerbaar proces in de thermodynamica kan worden gedefinieerd als degene die kan worden teruggetrokken naar de beginfase en door hetzelfde te doen, blijft er geen restverandering of hysterese achter in het systeem of de omgeving. Een omkeerbaar proces vindt plaats in een toestand van quasi-evenwicht; dwz het systeem is altijd in evenwicht met zijn omgeving.
A omkeerbaar proces heeft een rendement van 100%. Dit houdt in dat de energie die nodig is om de toestandsverandering uit te voeren minimaal is en dat er geen energieverlies naar de omgeving is als warmte. Met andere woorden, in een omkeerbaar proces is de geleverde arbeid maximaal voor de hoeveelheid energie die als input wordt geleverd. Dit type proces is een ideaal proces waar geen wrijving is.
Zoals te zien is in de afbeelding hierboven, zal het omkeerbare, terwijl het van punt 1 naar punt 2 beweegt, altijd in evenwicht zijn met zijn omgeving, terwijl dat voor een onomkeerbaar proces niet het geval is. Vanwege deze eigenschap wordt een omkeerbaar proces oneindig langzaam uitgevoerd.
Een cyclisch omkeerbaar proces wordt weergegeven door de theoretische carnot cyclus. De theoretische carnotcyclus wordt gedefinieerd door twee stappen, elk van isotherme en adiabatische processen. De rode lijnen in de onderstaande afbeelding
geven de isotherme stappen aan en de blauwe lijnen geven de adiabatische stappen aan.
Een ander aspect van een thermodynamisch proces is entropie, dat de omkeerbaarheid of onomkeerbaarheid van een proces definieert. De deltaverandering in entropie of willekeur van een systeem en omgeving blijft constant in een isotherm proces; terwijl de onomkeerbaarheid van een proces wordt gekenmerkt door een toename van de totale entropie.
Hoe adiabatisch proces omkeerbaar kan zijn??
An adiabatisch proces wordt gedefinieerd door dQ=0, waarbij Q de hoeveelheid warmte is die wordt overgedragen tussen het systeem en de omgeving.
Een adiabatisch proces is een ideaal proces dat perfect is geïsoleerd van de omgeving en geen warmteoverdracht tussen het systeem en de omgeving kan plaatsvinden. Adiabaciteit van een proces kwalificeert het niet om ook omkeerbaar te worden genoemd.
An adiabatisch proces is omkeerbaar als het ook iso-entroop is. Met andere woorden, er is geen verandering in entropie. Als een proces adiabatisch is, dwz als het systeem adiabatische wanden heeft en er PdV-werk aan het systeem wordt gedaan, is er geen uitwisseling van warmte met de omgeving en is de entropieverandering in dit geval nul.
Wat is het verschil tussen omkeerbaar en onomkeerbaar adiabatisch proces?
Het omkeerbare en onomkeerbare adiabatische proces wordt gedifferentieerd door verandering in entropie van het proces.
Een omkeerbaar proces is een geïdealiseerd proces waarbij ideaal gas wordt gebruikt in ideale omstandigheden. Wanneer een procesverandering omkeerbaar plaatsvindt, kan het proces worden teruggetrokken naar de beginfase en terwijl u hetzelfde doet, hysteresis in het systeem of in de omgeving achterblijft.
Een omkeerbaar proces verloopt oneindig langzaam en elke stap is in evenwicht met de andere. Dit wordt ook wel quasi-statisch genoemd. Er is geen verandering in entropie van het proces in een omkeerbaar proces. Een geïdealiseerd omkeerbaar adiabatisch proces bestaat niet in de natuur en kan niet experimenteel worden bereikt.
An voorbeeld van een omkeerbare adiabatische proces is adiabatische expansie van een echt gas.
Een onomkeerbaar proces daarentegen zijn de veranderingen die zich in het echte leven voordoen. Een adiabatisch onomkeerbaar proces omvat verandering die plaatsvindt met een toename van de entropie van het systeem. Een voorbeeld van een onomkeerbare adiabatisch proces is vrije uitbreiding van een ideaal gas in een cilinder die perfect geïsoleerd is, zoals weergegeven in de onderstaande afbeelding.
Dit is ook een geïdealiseerd gedachte-experiment, waarbij een ideaal gas wordt bewaard in een cilinder met adiabatische wanden met een scheidingswand, waarvan de andere kant in vacuüm wordt gehouden. Het gas kan uitzetten door een gat in de scheidingswand te maken. Omdat het gas expandeert naar vacuüm, is er geen externe druk om tegen op te treden en daarom is het verrichte werk nul.
Dus vanaf de eerste wet van de thermodynamica, aangezien zowel dQ als dW nul zijn, is de interne energieverandering dU ook nul. In het geval van een ideaal gas hangt interne energie alleen af van de temperatuur en aangezien de netto verandering in interne energie nul is, blijft de temperatuur ook constant. Nu bij constante temperatuur is de entropie evenredig met het volume en aangezien het volume toeneemt, neemt ook de entropie toe.
Hoe weet je of een proces omkeerbaar of onomkeerbaar is?
Omkeerbare processen zijn geïdealiseerde en theoretisch doordachte processen om een vergelijking te maken met werkelijke processen, die allemaal onomkeerbaar zijn. Alle processen die van nature plaatsvinden, hebben een zekere mate van onomkeerbaarheid.
Om een proces omkeerbaar te laten zijn, moet de verandering in evenwicht zijn met de voorgaande stap of de verandering moet oneindig klein zijn. Dergelijke processen worden quasi-statisch genoemd en vereisen oneindig veel tijd om te worden uitgevoerd. Het werk in een omkeerbaar proces is maximaal mogelijk.
Een ander aspect van een omkeerbaarheid of onomkeerbaarheid van een proces is de maat van zijn entropie. Geïdealiseerde omkeerbare processen zijn iso-entroop of de dS = 0 voor het systeem en de omgeving.
Omdat omkeerbare processen geïdealiseerde gevallen zijn met maximale efficiëntie; de mate van onomkeerbaarheid wordt weerspiegeld in de verminderde efficiëntie van een proces van zijn ideale gedrag. Verlaag de onomkeerbaarheid, hoe hoger de efficiëntie.
Enkele voorbeelden van omkeerbare processen zijn wrijvingsloze beweging, stroom met nul weerstand (supergeleiding), het mengen van twee monsters van dezelfde stof in dezelfde toestand.
Sommige perfect onomkeerbare processen zijn wat we dagelijks zien, zoals geboorte of dood of een bomexplosie. Anderen zijn onder meer het verplaatsen van een voertuig op de weg, het aansteken van een lamp, het koken van voedsel, enz.
Werk gedaan in omkeerbaar adiabatisch proces
Aangezien een omkeerbaar adiabatisch proces een ideaal proces is, wordt het verrichte werk berekend op basis van het ideale gas.
De uitgedrukte arbeid wordt dus afgeleid door uitzetting of compressie van 1 mol van een ideaal gas te beschouwen van toestand (P1, V1) naar toestand (P2, V2).
De werk gedaan voor een adiabatische proces, wordt weergegeven door het volgende PV-diagram:
Voor adiabatische overweging, dQ= 0 en voor omkeerbare overweging dW= -pdV
Voor een ideaal gas,
Interne energie, dU= CvdT
Dus vanaf 1st wet van de thermodynamica,
dU = -pdV
CvdT= -pdV
Voor een ideaal gas 1 mol,
Klik voor meer informatie op voorbeelden van echt gas.
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