Adiabatische Zustandsänderung
Testen Sie Ihr Wissen über adiabatische Zustandsänderungen!
Es gibt viele Zustandsänderungen, die ein thermodynamisches System durchlaufen kann. In diesem Artikel werden wir uns mit adiabatischen Zustandsänderungen befassen.
Die Übersetzung des Begriffs„adiabatisch“ aus dem Griechischen bedeutet „nicht vorübergehend“ und erklärt, dasskeine thermische Energie mit der Umgebung ausgetauscht wird ().
Dies geschieht bei schnellen Prozessen, z.B. B. in Verbrennungsmotoren, in denen pro Minute mehrere tausend Kompressionen und Expansionen stattfinden. Eine weitere Möglichkeit, die Wärmeübertragung zu verhindern, ist die Wärmedämmung. Die dritte Möglichkeit, dass tatsächliche Prozesse adiabatisch ablaufen, liegt dann vor, wenn das Volumen des Systems sehr groß ist und daher Wärmeflüsse am Rand des Systems vernachlässigt werden können.
Per Definition kann bei einer adiabatischen Zustandsänderung Energie nur durch elektrische, mechanische oder magnetische Arbeit übertragen oder einem System zugeführt werden. Im Idealfall kann es keineWärmeleitung, keineKonvektion und keineWärmestrahlung geben.
Da eskeine Wärmeübertragung gibt, folgt dies aus1.
Das Hauptgesetz der Thermodynamik:
Im Gegensatz zu isochorischen, isobaren undisothermen Zustandsänderungen ändert sich hierjede Zustandsvariable, also Temperatur,Druck undVolumen.
Quiz zum Thema adiabatische Veränderung des Zustands
Beantworten Sie 5 Fragen
Adiabatische Expansion und Kompression
(01:02)
Wir können zwischen adiabatischer Expansion und adiabatischer Expansionskompression unterscheiden.
Direkt zum Video springen
Bei der Expansion nimmt das Volumen des Gases zu.
Die innere Energie nimmt ab, weil das Gas wirkt. Dadurch sinken auch Temperatur und Druck. Bei der Komprimierung nimmt das Volumen des Gases ab. Die innere Energie nimmt zu, da die am Gas verrichtete Arbeit dem System Energie zuführt. Dadurch steigen auchTemperatur undDruck.
Als Beispiel für Kompression kann man sich eine Luftpumpe vorstellen. Durch die von der Pumpe beim Aufpumpen eines Fahrradreifens geleistete Arbeit erhöht sich die innere Energie der Luft, wodurch die Temperatur steigt.
Reversible und irreversible adiabatische Änderung
(01:32)
Ein adiabatischer Prozess kann als einereversibleoderirreversible adiabatische Änderung beschrieben werden des Staates auftritt.
Beiadiabatischer Zustandsänderung findet kein Wärmeaustausch mit der Umgebung statt ().
Studyflix Networks: Hier ist ein Video aus einem anderen Bereich
Reversible adiabatische Zustandsänderung
Die Entropiebleibt im reversiblen Fallkonstant. Eine reversible adiabatische Zustandsänderung wird auch als isentrope Zustandsänderung bezeichnet.
Dabei gilt:
Bei idealen Gasen gilt:
Damit ergibt sich folgende Gleichung:
Der Isentropenexponent Kappa beschreibt das Verhältnis der Wärmekapazitäten von Gasen bei konstantem Druck und konstantem Volumen. Sie liegt je nach Gas und Temperatur zwischen 1,2 und 1,7.
Integrieren Sie die Differentialgleichung mit der Kappa-Konstante, und dann hat die adiabatische Gleichung die Form:
Für zwei beliebige Zustände gilt die folgende Formel:
Irreversible adiabatische Zustandsänderung
Die Entropie bleibt auf dem irreversiblen Niveau Zustandsänderung nicht dauerhaft.
Ein Beispiel für diese Form der adiabatischen Zustandsänderung ist die Vermischung von Gasen ohne Wärmeübertragung. In diesem Fall gelten fürdie Entropieänderung folgende Regeln:
Bei
v = spezifische Volumina
V = absolute Volumina
Obwohl bei der Vermischung von Gasen keine Wärmeübertragung stattfindet, nimmt die Entropie zu.
Dies geschieht, weil die „Unordnung“ im Gesamtsystem größer wird.
p-V-Diagramm
(02:42)
Jetzt schauen wir uns dasp-V-Diagramm an. Wenn wir den Kurvenverlauf mit der isothermen Zustandsänderung vergleichen, sehen wir, dass der Verlauf viel steiler ist.
direkt zum Video
Der Grund dafür ist, dass der Exponent des Volumens größer als eins ist.
Adiabatische Änderung Quiz
Beantworten Sie 5 Fragen
T-S-Diagramm
(02:58)
Als nächstes schauen wir uns dasT-S-Diagramm an.
DieEntropieänderung findet beimTransport thermischer Energie statt. Da dies bei einem adiabatischen Prozess nicht geschieht, ändert sich auch die Entropie nicht.
direkt zum Video
Was passiert nun bei einemirreversiblen adiabatischen Prozess? Betrachten wir den Anfangszustand zweier Systeme, die sich jeweils im thermodynamischen Gleichgewicht befinden.
Beide Systeme werden zu einem System zusammengefasst. Werden beide Systeme kombiniert, beispielsweise durchMischen zweier unterschiedlicher Gase, kommt es zu Wechselwirkungen.
Direkt zum Video
Dadurch kommt es zuirreversiblen Wechselwirkungsprozessen.
Zwischen den Gasen herrscht ein thermisches Gleichgewicht, bis beide die gleiche Temperatur erreichen. Wir können dann von einemneuen thermodynamischen Gleichgewicht sprechen.
Wie bei einem reversiblen Prozess kann kein Wärmeaustausch mit der Umgebung stattfinden. Dies kann beispielsweise durch eine Wärmedämmung verhindert werden. Der Unterschied zu einem reversiblen Prozess besteht darin, dass der Endzustand nicht einfach rückgängig gemacht werden kann und sich die Entropie ändert. Fassen wir kurz zusammen, was wir gelernt haben.
Dieadiabatische Zustandsänderung erfolgtohne Wärmetransport. Dies bedeutet, dass die Änderung der inneren Energie gleich der geleisteten Arbeit ist. Wir unterscheiden reversible und irreversible adiabatische Prozesse.
zur Videoseite: Adiabatische Zustandsänderung
Beliebte Inhalte im Bereich der grundlegenden Thermodynamik
Thema präsentiert von unserem Werbepartner
zur Website