Адиабатный процесс
Адиабатный процесс — это изменение состояния газа без передачи ему теплоты от окружающей среды или отдачи теплоты окружающей среде. При расширении газ обычно охлаждается, а при сжатии — нагревается.
Связь с первым законом термодинамики
Согласно первому закону термодинамики, полученная газом теплота расходуется на изменение его внутренней энергии и совершение работы. В адиабатном процессе теплота не передаётся, поэтому изменение внутренней энергии связано только с работой газа или работой внешних сил. Для газа при расширении работа совершается за счёт его внутренней энергии, поэтому температура понижается. При сжатии внешние силы совершают работу над газом, и его температура повышается.
Если газ расширяется и совершает работу \(A\), то при принятом в физикаға соглашении \(ΔU=Q-A\) получаем \(ΔU=-A\). Для идеального газа уменьшение внутренней энергии означает понижение температуры. При сжатии \(A<0\), поэтому \(ΔU>0\) и температура возрастает.
Если быстро сжать воздух в насосе, его стенки и воздух внутри заметно нагреются. Процесс идёт быстро, поэтому воздух почти не успевает обменяться теплотой с окружающей средой. Это приближённый пример адиабатного сжатия.
Адиабатный процесс не означает постоянную температуру. При адиабатном расширении и сжатии температура обычно изменяется. Постоянная температура характерна для изотермического процесса, при котором теплообмен может происходить.
Газ быстро расширяется, не получая теплоты извне. Как изменяется его температура?
Главное
- Адиабатный процесс идёт без теплообмена: \(Q=0\).
- При адиабатном расширении газ обычно охлаждается, а при сжатии — нагревается.
- Изменение температуры объясняется работой газа или работой внешних сил, а не передачей теплоты.