Jenis proses adiabatik, contoh, latihan diselesaikan

A Proses adiabatik Itu adalah salah satu di mana tidak ada pertukaran panas antara sistem dan lingkungannya, baik karena itu terjadi dalam media isolasi, atau karena lewat dengan sangat cepat. Ini berarti bahwa di sekitar sistem, ini adalah bagian dari alam semesta yang diteliti, perubahan suhu tidak boleh dirasakan, tetapi hanya pekerjaan.

Ini adalah salah satu proses dasar termodinamika. Berbeda dengan proses lain (isocoric, isobarik dan isotermal), tidak ada variabel fisiknya yang tetap konstan; yaitu, besaran tekanan, volume, suhu dan perubahan entropi saat proses adiabatik berkembang.

Selama proses adiabatik di mana volume meningkat, energi internal zat yang dikurangi pekerjaan

Karakteristik penting lain dari proses adiabatik adalah bahwa mereka melakukan atau mengonsumsi pekerjaan secara proporsional dengan variasi energi internal sistem mereka; Dalam hal ini, dari molekulnya dalam fase gas. Ini dapat ditunjukkan berkat hukum termodinamika pertama.

Dalam kehidupan sehari -hari, jenis proses ini mencakup semua untuk fenomena geofisika dan, sampai batas tertentu, fungsi piston di mesin diesel. Perpindahan panas sering dicegah dengan penggunaan media isolasi, tetapi kecepatan proses inilah yang memungkinkan perkembangan sebenarnya.

[TOC]

Proses adiabatik yang dapat dibalik dan tidak dapat diubah

Reversibel

Diagram P-V dan bekerja untuk proses adiabatik. Sumber: mikerun/cc by-sa (https: // createveCommons.Org/lisensi/by-sa/4.0)

Proses adiabatik dapat reversibel atau tidak dapat diubah. Namun, yang pertama hanya ada sebagai alat teoretis untuk mempelajari yang terakhir. Dengan demikian, proses adiabatik reversibel melibatkan gas ideal, dan kekurangan gesekan dan kemungkinan lainnya yang menyebabkan perpindahan panas antara sistem dan sekitarnya.

Pertimbangkan, misalnya, diagram P-V untuk proses adiabatik yang dapat dibalik dari atas. T₁ dan T₂ sesuai dengan dua isoterm, di mana tekanannya P dan volume V sistem bervariasi.

Di antara negara bagian (p₁, V₁) Dan p₂, V₂) Ekspansi adiabatik reversibel dilakukan, karena kami beralih dari volume V₁ untuk satu v₂, lebih besar, mengikuti arah panah.

Dengan melakukan itu, sistem mendingin, tetapi tanpa mematuhi perilaku isoterm. Area di bawah kurva sesuai dengan pekerjaan W, yang nilainya positif karena merupakan ekspansi.

Dalam proses ini entropi tetap konstan dan, oleh karena itu, dikatakan bahwa itu adalah isontropik. Pemrosesan matematika dari reversibilitas ini menghasilkan serangkaian persamaan yang dimungkinkan untuk mengevaluasi sistem lain.

Dapat melayani Anda: sel elektrolitik

Tidak dapat diubah

Proses adiabatik ireversibel, tidak seperti yang reversibel, tidak grafik dalam diagram P-V dengan garis kontinu tetapi putus-putus, karena hanya keadaan akhir dan awal yang memiliki variabel mereka (P, V dan T) yang didefinisikan dengan baik. Proses -proses ini melibatkan gas nyata, sehingga persamaan gas ideal dan derivasinya tidak secara langsung berlaku untuk mereka.

Mereka lulus dengan cepat, mencegah perpindahan panas antara sistem dan lingkungannya. Juga, di dalamnya entropi meningkat, sebagaimana dinyatakan dalam hukum termodinamika kedua.

Contoh proses adiabatik

Kapasitas isolasi, seperti yang disajikan oleh termos, adalah salah satu faktor kunci untuk proses untuk mengembangkan secara adiabatik

Beberapa contoh proses adiabatik akan disebutkan di bawah ini.

Ekspansi dan pengertian

Ekspansi dan pemahaman adiabatik. Sumber: Gabriel Bolívar.

Misalkan tiga rompi isolasi yang mengandung kompartemen penuh dengan gas. Dalam keadaan awal, piston tidak memiliki tekanan pada gas. Kemudian, piston dibiarkan naik, yang meningkatkan volume di mana molekul gas dapat bergerak, menyebabkan penurunan energi internalnya; Dan karena itu, penurunan suhu.

Yang sebaliknya terjadi dengan kompresi adiabatik: piston melakukan pekerjaan pada gas, mengurangi volume yang dapat ditempati molekulnya. Energi internal kali ini meningkat, yang juga menyiratkan peningkatan suhu, yang panasnya tidak dapat menyebar ke lingkungan karena rompi isolasi.

Ascent Magma

Saluran tempat magma naik di dalam gunung berapi yang diceritakan sebagai media isolasi, yang mencegah perpindahan panas antara magma dan atmosfer.

Suara menyebar

Gas -gas tersebut terganggu dan diperluas sesuai dengan gelombang suara tanpa mendinginkan atau panas udara yang mengelilinginya.

Efek Foehn

Efek foehn adalah contoh proses adiabatik di bidang geofisika. Massa udara naik ke bagian atas gunung di mana mereka mengalami lebih sedikit tekanan, sehingga molekul mereka meluas dan dingin, menimbulkan pembentukan awan.

Namun, mereka nyaris tidak turun di sisi lain gunung, tekanan meningkat dan, oleh karena itu, molekul dikompresi dan menaikkan suhu, menyebabkan awan menghilang.

Dapat melayani Anda: chlorobenzene (c6h5cl)

Dalam video berikut, fenomena ini dapat dihargai:

Latihan terpecahkan

Akhirnya, beberapa latihan akan diselesaikan. Penting untuk memiliki persamaan berikut:

ΔU = Q - W (Hukum Termodinamika Pertama)

Tetapi tidak memiliki perpindahan panas, q = 0 y:

ΔU = - w (1)

Ini adalah: jika pekerjaan W positif, ΔU negatif, dan sebaliknya. Di sisi lain, kami juga memiliki:

W = -NC_VΔt (2)

Bahwa setelah menerapkan persamaan gase ideal (PV = NRt), dan mengganti dan memecahkan untuk t₂ dan T₁ kami akan memiliki:

W = (c_V/R) (p₁V₁ - P₂V₂) (3)

Menjadi nilai r sama dengan 0.082 l · atm/mol · k atau 8.314 j/mol · k

Dalam proses adiabatik, penting untuk mengetahui hubungan C_P/C_V dikenal sebagai γ:

γ = c_P/C_V    (4)

Yang memungkinkan membangun hubungan T-V dan P-V:

T₁V₁^γ-1 = T₂V₂^γ-1   (5)

P₁V₁^γ = P₂V₂^γ    (6)

Dan juga, perkiraan panas C_P dan C_V Mereka bervariasi tergantung pada apakah gasnya monoatomik, diatomik, dll.

Latihan 1

Gas melakukan 600 J pekerjaan melalui kompartemen yang terisolasi. Apa perubahan energi internalnya? Apakah suhu menurun atau meningkat? Dan mengingat bahwa itu adalah gas monoatomik, juga menghitung γ.

Data:

W = +600j

ΔU = ¿?

γ =?

Pekerjaan W adalah positif karena gas bekerja di sekitarnya. Berada di dalam kompartemen yang terisolasi, q = 0, dan oleh karena itu kita akan memiliki persamaan (1):

ΔU = - w

Artinya, ΔU sama dengan:

ΔU = - (+600J)

= -600J

Yang berarti bahwa energi internal gas menurun 600 J. Jika ΔU berkurang, begitu pula suhunya, jadi gas mendingin karena telah melakukan pekerjaan.

Karena gas ini monoatomik,

C_V = 3/2 r

C_P = 5/2 r

Dan menjadi

γ = c_P/C_V

= (5/2 r)/(3/2 r)

= 5/3 atau 1.66

Latihan 2

Dalam wadah 7 mol O₂ Mereka dikompresi dari volume 15 liter hingga 9 liter. Mengetahui bahwa suhu awal adalah 300 K, Hitung: Pekerjaan yang dilakukan dengan gas.

Data:

N = 7 mol atau₂

T₁ = 300 k

V₁ = 15 l

V₂ = 9 l

W = ¿?

Ini adalah pemahaman adiabatik yang tidak dapat diubah. Kami memiliki dua persamaan untuk menyelesaikan W:

W = -NC_VΔt (2)

W = (c_V/R) (p₁V₁ - P₂V₂) (3)

Tekanan dapat menghitungnya, tetapi untuk menghemat waktu, lebih baik untuk melanjutkan dengan persamaan pertama:

Dapat melayani Anda: air suling

W = -NC_VΔt

= -NC_V (T₂-T₁)

Kita membutuhkan c_V dan T₂ Untuk menentukan w. Oksigen, menjadi gas diatomik, memiliki c_V sama dengan 5/2 r:

C_V (SALAH SATU₂) = 5/2 r

= 5/2 (8.314 j/mol · k)

= 20.785 j/mol · k

Kita perlu menghitung t₂. Kami beralih ke Persamaan (5):

T₁V₁^γ-1 = T₂V₂^γ-1

Tetapi sebelum menggunakannya, Anda harus menentukan c pertama_P dan γ:

C_P (SALAH SATU₂) = 7/2 r

= 7/2 (8.314 j/mol · k)

= 29.099 j/mol · k

Menjadi γ setara dengan:

γ = c_P/C_V

= (29.099 J / mol · k) / 20.785 j/mol · k

= 1.4

Jadi, kami bisa menghapus ini₂ Dari Persamaan (5):

T₁V₁^γ-1 = T₂V₂^γ-1

T₂ = (T₁V₁^γ-1) / (V₂^γ-1)

= [(300k) (15L)^1.4-1] / (9l)^1.4-1

= 368.01 k

Dan akhirnya kami menyelesaikan untuk W:

W = -NC_VΔt

= -(7 mol o₂)( dua puluh.785 j/mol · k) (368.01 K - 300 K)

= -9895.11 J O -9.895 kJ

Latihan 3

Wadah neon memperluas adiabatik dan awalnya pada suhu kamar (t = 298K) dari 12 L menjadi 14 L. Mengetahui bahwa tekanan awalnya adalah 3 atm, apa yang akan menjadi pekerjaan yang dilakukan oleh gas?

Data:

T₁ = 298 k

V₁ = 12 l

V₂ = 14 l

P₁ = 3 atm

W = ¿?

Persamaan (3) memungkinkan kita untuk menentukan W dengan nilai -nilai tekanan:

W = (c_V/R) (p₁V₁ - P₂V₂)

Tapi kami hilang c_V Dan p₂.

Tekanan akhir dapat dihitung dengan persamaan (6):

P₁V₁^γ = P₂V₂^γ

Menjadi γ setara dengan c_P/C_V. Karena neon adalah gas monoatomik, kami memiliki nilai C -nya_P dan C_V Mereka masing -masing 5/2r dan 3/2r. Kami menghitung kemudian γ:

γ = c_P/C_V

= (5/2r)/(3/2r)

= 5/3 atau 1.66

Kami membersihkan hal₂ Dari Persamaan (6):

P₂ = (P₁V₁^γ) / V₂^γ

= [(3 atm) (12 L)^5/3] / (14 l)^5/3

= 1.40 atm

Dan pekerjaan akan sama dengan:

W = (c_V/R) (p₁V₁ - P₂V₂)

= (3/2) [(3 atm) (12 L) - (1.40 atm) (14 l)] (101300 pa/1 atm) (0.001 m³/L) (kJ/1000 j)

= 2.49 kJ

Faktor konversi digunakan untuk mengonversi l · atm a pa · m³, yang setara dengan 1 j. Gas neon mengembang, sehingga tekanannya berkurang dan, saat melakukan pekerjaan di sekitarnya, ini positif. Juga, energi internalnya ΔU berkurang, serta suhunya, pendinginan dalam proses ekspansi.

Referensi

1. Walter J. Moore. (1963). Kimia Fisik. Dalam Kinetika Kimia. Edisi Keempat, Longmans.
2. Iran. Levine. (2009). Prinsip -prinsip fisikokimia. Edisi Keenam. MC Graw Hill.
3. Wikipedia. (2020). Proses adiabatik. Diperoleh dari: di.Wikipedia.org
4. Jones, Andrew Zimmerman. (18 Agustus 2020). Themodynamics: Proses adiabatik. Pulih dari: thinkco.com
5. Devoe Howard & Neils Tom. (9 Agustus 2020). Perubahan adiabatik. Libretteks Kimia. Pulih dari: chem.Librettexts.org