Transformación adiabática – Toda la materia

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Las transformaciones adiabáticas son cambios que ocurren en una masa de gas sin intercambio de calor.

El término adiabático se origina en el griego adiabates y significa intransitable. El proceso adiabático puede ocurrir en dos situaciones:

  1. El sistema está aislado y los límites que lo rodean evitan que se produzca la transferencia de calor al entorno externo.
  2. El sistema y el vecindario tienen la misma temperatura y, por lo tanto, no existen diferencias que permitan la transferencia de calor.

Para crear un sistema aislado adiabáticamente, el contenedor debe estar aislado térmicamente.

Transformación adiabática y la primera ley de la termodinámica

La Primera Ley de la Termodinámica también se denomina principio de conservación de energía, que relaciona la participación del trabajo (tau recto) y calor (Q) en la variación de energía interna (U) de un sistema.

incremento recto espacio U igual al espacio recto Q espacio menos espacio recto tau con gas suscrito

Como en la transformación adiabática no hay intercambio de calor con el ambiente, entonces Q = 0 e:

incremento recto espacio U igual al espacio recto Q espacio menos espacio recto tau con subíndice de gas espacio doble flecha hacia la derecha espacio recto incremento U espacio igual al espacio 0 espacio menos espacio recto tau con gas subíndice espacio doble flecha hacia la derecha espacio recto incremento U espacio igual al espacio menos espacio recto tau con gas suscrito

A través de la fórmula podemos ver que el módulo de la variación energética del sistema corresponde al módulo del trabajo realizado entre el sistema y el barrio.

Aviso! Un proceso adiabático no es lo mismo que una transformación isotérmica. En este último, el prefijo Yo asi indica que la cantidad de temperatura es constante.

En la transformación adiabática, la temperatura puede variar con el desempeño del trabajo. El trabajo es responsable de la energía suministrada o concedida por el sistema.

Obtenga más información sobre la Primera Ley de la Termodinámica.

Ejemplos de transformaciones adiabáticas

En la práctica, las transformaciones adiabáticas son muy fáciles de producir. Vea dos ejemplos a continuación.

Expansión de un gas

En la expansión adiabática, el gas puede desplazar el pistón utilizando su energía interna.

Expansión adiabática de un gas
Expansión adiabática: aumento de volumen, disminución de temperatura y disminución de presión.

La energía aportada por el gas se mide por el trabajo para que se produzca la transformación. Cuando el sistema funciona, el trabajo es positivo paréntesis izquierdo tau recto espacio mayor que espacio 0 paréntesis derecho y la variación de energía es negativa paréntesis izquierdo incremento recto espacio U menor que espacio 0 paréntesis derecho.

En este caso, la energía interna del sistema disminuye proporcionalmente al trabajo realizado, ya que el trabajo se realiza utilizando la energía interna del sistema.

La expansión adiabática se utiliza para enfriar gases, ya que la temperatura del sistema disminuye y el gas se enfría, ya que ha perdido parte de su energía interna.

En la práctica, podemos observar la expansión de un gas adiabáticamente cuando presionamos un desodorante sobre rociar. Cuando tocas el material que se expande desde la salida, notas que está frío.

Lea también: Estudio de gases

Compresión de un gas

En compresión adiabática, el pistón es desplazado por energía del ambiente externo.

compresión de un gas
Compresión adiabática: disminución de volumen, aumento de temperatura y aumento de presión

Cuando el sistema recibe trabajo, el trabajo es negativo abrir paréntesis recto tau espacio menor que espacio 0 cerrar paréntesis y la variación de energía es positiva abrir paréntesis recto incremento U espacio mayor que espacio 0 cerrar paréntesis.

En este caso, la energía interna del sistema aumenta proporcionalmente al trabajo recibido, ya que el sistema está recibiendo energía del entorno externo.

Se observa que el sistema se calienta al elevar la temperatura en la rápida compresión de un gas.

En la práctica, la compresión de un gas adiabáticamente se puede percibir cuando utilizamos una bomba de aire para inflar un neumático de bicicleta. Al tocar el material, sentimos que el extremo de la bomba se calienta.

Lea también: Ley de los gases

Transformaciones adiabáticas: variación de presión y volumen

Las cantidades de presión y volumen en las transformaciones adiabáticas están relacionadas por la Ecuación de Poisson:

pV a potencia en línea recta igual a constante

Dónde,

p: presión de gas;
V: volumen de gas;
y: exponente o razón de Poisson.

El exponente de Poisson se calcula por la relación entre los calores específicos con la presión (CPAG) y volumen (Cv) constante.

espacio de rango recto igual al espacio recto C con subíndice p recto en C recto con subíndice v recto

El valor del coeficiente depende solo de la atomicidad del gas. Por ejemplo, un gas monoatómico, como el helio (He), tiene y igual a 1,7. Un gas diatómico, como el oxígeno (Odos), tiene un valor de y igual a 1,4.

Obtenga más información sobre las transformaciones de gas.

Gráfico de transformaciones adiabáticas

Como la razón de Poisson es mayor que 1, el diagrama de presión y volumen en las transformaciones adiabáticas forman hipérboles.

Gráfico de transformación adiabática

La curva de transformación adiabática interseca las curvas isotérmicas, que corresponde al gráfico de presión y volumen en las transformaciones isotérmicas. espacio pV igual al espacio recto K.

Ejercicios sobre transformaciones adiabáticas.

Pregunta 1

En una expansión adiabática, un gas ideal intercambia la energía de 209 J con el entorno de trabajo. Determine la cantidad de calor que el sistema intercambia con el ambiente externo en esta transformación.

Respuesta correcta: Q = 0

La expansión del gas ideal en una transformación adiabática no presenta intercambio de calor. Por tanto, Q = 0.

Al realizar una expansión, el gas aumenta su volumen y realiza un trabajo positivo, aprovechando la energía interna del sistema para aumentar el volumen, sin intercambio de calor con el ambiente externo.

Pregunta 2

Al expandirse adiabáticamente, partiendo de una presión inicial de 2.0 atm y un volumen de 2.0 l, un gas duplica su volumen. Determine la presión final del gas usando el coeficiente de Poisson y = 2.0.

a) 1.0 atm
b) 1,5 ATM
c) 0.5 atm
d) 2,0 atmósferas

Respuesta correcta: c) 0.5 atm

La ecuación de Poisson relaciona las cantidades de volumen y presión en una transformación adiabática. Sustituyendo los datos del enunciado en la ecuación, tenemos:

p recto con 1 subíndice V recto con 1 subíndice con superíndice gamma recto espacio igual al espacio p recto con 2 subíndice V recto con 2 subíndice con superíndice gamma recto 2 coma 0 espacio.  espacio 2 punto 0 elevado a la potencia de 2 punto 0 final del espacio exponencial igual a p recta con espacio de 2 subíndices.  espacio 4 coma 0 elevado a 2 coma 0 final del espacio exponencial 8 coma 0 espacio igual al espacio recto p con 2 espacios de subíndice.  espacio 16 coma 0 recta p con 2 subíndices espacio igual al espacio 0 coma 5 espacio atm

Obtenga más conocimientos leyendo también sobre Transformación isobárica.

Referencias bibliográficas

ÇENGEL, YA; BOLES, MA Termodinámica. 7ª ed. Porto Alegre: AMGH, 2013.

HELOU; GUALTER; NEWTON. Temas de física, vol. 2. São Paulo: Editora Saraiva, 2007.

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