Vaikka termi ei ole kovin yleinen, termodynamiikkaa opiskelevat kaikki luokissaan. Energiansäästöön ja työntekoenergiaan liittyvät erilaiset prosessit tulevat meille tutuiksi. Vaikka emme ymmärrä niiden merkitystä tosielämässä, ne auttavat monenlaisissa tutkimuksissa.
Tällaiset kaksi termodynaamista prosessia ovat adiabaattinen ja isoterminen, joilla on hyvin erilaisia ominaisuuksia.
Adiabaattinen vs isoterminen
Erona adiabaattisen ja isotermisen välillä on se, että adiabaattisen tapauksessa ei tapahdu lämmönsiirtoa, kun taas isoterminen sallii lämmön siirtymisen ympäristöstä. Lämpötila adiabaattisen prosessin aikana muuttuu, kun vaihtelut tapahtuvat järjestelmän sisällä, kun taas isotermisen prosessin kokonaislämpötila on vakio järjestelmän sisällä.
Termodynaaminen prosessi, joka tunnetaan myös isokalorisena prosessina, adiabaattinen prosessi ei anna lämmön tunkeutua järjestelmään. Tämä johtaa paineen laskuun ja lämpötilan vaihteluun järjestelmän vaihteluiden vuoksi. Kaasu pyrkii myös jäähtymään laajentuessaan. Se on päinvastainen kuin isotermiset prosessit.
Termodynaaminen prosessi, jossa lämpötila pysyy vakiona ja jossa lämmönsiirto korvaa, tunnetaan isotermisenä prosessina. Vaikka paine on enemmän tilavuuden vertailussa, muunnosnopeus on erittäin hidas tämäntyyppisissä prosesseissa. Lämpötilan ylläpitämiseksi lämpöä joko vapautuu tai lisätään ympäristöstä.
Adiabaattisen ja isotermisen vertailutaulukko
| Vertailuparametrit | Adiabaattinen | Isoterminen |
| Määritelmä | Järjestelmän ja ympäristön välillä tapahtuu termodynaaminen prosessi, ja lämmönsiirto on nolla. | Termodynaaminen prosessi, jossa lämpötila pysyy vakiona. |
| Lämpötila | Prosessin vaihteluista johtuen lämpötila muuttuu. | Lämpötila pysyy vakiona koko prosessin ajan. |
| Lämmönsiirto | Tällaisessa prosessissa ei tapahdu lämmönsiirtoa. | Tällaisissa prosesseissa tapahtuu lämmönsiirtoa. |
| Luonto | Tällaisissa prosesseissa muutokset tapahtuvat nopeasti. | Tällaisissa prosesseissa muutokset tapahtuvat hitaasti. |
| Paine | Tilavuuteen verrattuna paine on pienempi. | Tilavuuteen verrattuna paine on suurempi. |
Mikä on adiabaattinen?
Termodynamiikan ensimmäiseen pääsääntöön liittyen adiabaattisilla prosesseilla ei ole nettolämmönsiirtoa, eikä lämmössä ole lopullista muutosta. Tässä prosessissa lämpötila vaihtelee, paine on tilavuuteen verrattuna alhainen ja ne uudistuvat siten, että lämpöenergia pysyy vakiona.
Selvimmin kaasuissa havaittu adiabaattinen prosessi liittyy energian säilymisen lakiin, jonka mukaan energiaa ei synny eikä tuhoudu. Joten tämä sanoo, että järjestelmässä oleva lämpöenergia joko tekee työn tai heilahtelee järjestelmän sisäistä energiaa tai molempien yhdistämistä. Lämpö ei vain voi kadota.
Adiabaattisen prosessin yhtälö:
PVγ = vakio
Missä P on järjestelmän paine, V on järjestelmän tilavuus ja γ on adiabaattinen indeksi, jossa se määritellään lämpökapasiteetin suhteeksi vakiopaineessa Cp lämpökapasiteettiin vakiotilavuudessa Cv.
Joitakin esimerkkejä adiabaattisista prosesseista ovat:
Mikä on isoterminen?
Termodynaaminen prosessi, jossa järjestelmän lämpötila ei muutu ja pysyy vakiona, vaikka tilavuus ja paine vaihtelevat. Sen muunnosnopeus on hidas, ja lämpöä voidaan muuttaa ylläpitämään vakiolämpötilaa järjestelmän sisällä.
Tämä prosessi toimii perustana sähkövoimaloiden, lämpökoneiden ja monien vastaavien nykyajan koneiden toiminnalle. Sen lisäksi sen merkitys on monilla aloilla, kuten avaruustiede, geologia, biologia, planeettitiede jne.
Joitakin esimerkkejä isotermisistä prosesseista ovat:
Tärkeimmät erot adiabaattisen ja isotermisen välillä
Johtopäätös
Nämä molemmat termit termodynaamisista prosesseista, joihin olemme törmänneet kemian tunneillamme. Molemmilla käsitellyillä prosesseilla on niiden käyttäytyminen, joka eroaa toisistaan. Kaikki erot voidaan nähdä yllä, ja nämä kaksi voidaan erottaa toisistaan.
Molempien prosessien tutkiminen auttaa ymmärtämään elävien organismien kehon lämpötilan säätelyä. Lämmön, lämpötilojen, energian ja niiden välisen suhteen tutkiminen on erittäin tärkeää biologisten tutkimusten kannalta. Se auttaa myös meteorologiassa. Nämä tutkimukset auttoivat meitä myös jokapäiväisessä elämässä. Joten on erittäin hyödyllistä tietää niistä ja kuinka ne toimivat, syyt tällaisten prosessien takana.
