Адіабатні процес

Загальновідомо, що найпростішим, а тому і, напевно, найпоширенішим в природі явищем, котрі виявляють енергетичний обмін, є нагрівання тіл при їх терті. Ці процеси оточують нас практично всюди. Теплообмін присутній при механічних, хімічних, електричних, біологічних та інших динамічних змінах. Теплообмін відіграє величезну роль в існуванні органічного життя. Уже їх цього різноманіття проявів логічно випливає висновок про те, що ці явища можуть бути як корисні, так і шкідливі, дивлячись яку задачу вирішує дослідник або винахідник. Тобто в деяких випадках потрібно позбутися теплообміну, щоб створити необхідні умови для роботи якого-небудь приладу, пристрою або агрегату.

Вирішує ці завдання Адіабатний процес, що представляє собою різновид термодинамічної процесу, при якому відсутня обмін теплоенергією даної системи із зовнішнім середовищем. Сама назва цього явища в перекладі з грецької мови говорить про своєю природою - Адіабатний або, як ще його називають, адіабатичний означає «непрохідний».

Ще стародавні вчені цікавилися даними явищами, але по-справжньому наукове дослідження їхньої природи відноситься до 17 століття, коли були сформульовані перші теоретичні положення, виведені на основі експериментальної роботи. Серед перших учених, які вивчали Адіабатний процес, слід назвати Геріке, Роберта Бойля, Едма Маріотта. Двоє останніх стали першими теоретиками в цій області, сформулювавши загальновідомий закон Бойля-Маріотта. Перші експериментальні роботи в цій сфері проводилися над газами, тому значна частина закономірностей, які характеризують Адіабатний процес, відносяться саме до цієї фізичному середовищі. Пізніше сфера досліджень була значно розширена, і на сьогоднішній день адіабатичні явища досліджуються в самих різних середовищах, в тому числі і на рівні нанотехнологій.

Розглянутий нами Адіабатний процес має наступну природу і механізм свого прояву. Якщо для звичайних термодинамічних явищ властиво наявність обміну теплом, яке виходить в результаті різних динамічних взаємодій з навколишнім простором, то в даному випадку такого обміну не відбувається.

Існує спосіб математично відобразити Адіабатний процес, формули, якого при цьому будуть відрізнятися в залежності від різновиду самого процесу.

Загальна формула, що відображає це явище, має вигляд: А = -VU, де А - робота, яку виконує дана фізична система, VU - величина зміни її внутрішньої енергії.

Розрізняють декілька різновидів адиабатических процесів:

— адіабатно-ізохорний відбувається при одиничному впливі, в результаті якого з термічних показників незмінним залишається тільки об'єм суміші (V). Робота (А), як видно з формули, в цьому випадку буде дорівнює нулю-

— адіабатно-ізобарний характеризується стисненням випробовуваної суміші газу, тобто обсяг її зменшується, а значення роботи стає отріцательним-

— адіабатно-ізотермічний має зворотні властивості по відношенню до попереднього і характеризується збільшенням об'єму (тобто розширенням тіла), при цьому значення роботи стає позитивним.

Можна навести приклади адіабатних процесів, які реалізуються у всіляких природних явищах, а також у створених людиною механізмах і пристроях. Так, їх присутність спостерігається при поширенні звуку в газі. Та й сама атмосфера Землі являє собою адіабатичний макропроцес, в ході якого над газами, складовими її, відбувається якась робота, яка збільшує їх потенційну енергію. Ця теорія зараз поширена і на інші астрономічні об'єкти.

Розглянуті процеси присутні у всіх без винятку теплових машинах і механізмах: паровозах, тепловозах, двигунах внутрішнього згоряння та інших, де необхідно виключити передачу теплоенергії.