Η βασική διαφορά μεταξύ αδιαβατικών και πολυτροπικών διεργασιών είναι ότι στις αδιαβατικές διεργασίες δεν πραγματοποιείται μεταφορά θερμότητας ενώ στις πολυτροπικές διεργασίες λαμβάνει χώρα μεταφορά θερμότητας.
Στη χημεία, χωρίζουμε το σύμπαν σε δύο μέρη. Το μέρος που πρόκειται να μελετήσουμε είναι «ένα σύστημα», και το υπόλοιπο είναι «το περιβάλλον». Ένα σύστημα μπορεί να είναι ένας οργανισμός, ένα δοχείο αντίδρασης ή ακόμα και ένα μεμονωμένο κύτταρο. Μπορούμε να διακρίνουμε τα συστήματα μεταξύ τους από το είδος των αλληλεπιδράσεων που έχουν ή από τους τύπους των ανταλλαγών που λαμβάνουν χώρα. Μπορούμε να ταξινομήσουμε τα συστήματα σε δύο ομάδες σε ανοιχτά και κλειστά συστήματα. Μερικές φορές τα θέματα και η ενέργεια μπορούν να περάσουν από τα όρια του συστήματος. Η ενέργεια που ανταλλάσσεται μπορεί να πάρει διάφορες μορφές όπως φωτεινή ενέργεια, θερμική ενέργεια, ηχητική ενέργεια κ.λπ. Εάν η ενέργεια ενός συστήματος αλλάξει λόγω διαφοράς θερμοκρασίας, λέμε ότι υπήρξε ροή θερμότητας. Η αδιαβατική και η πολυτροπική είναι δύο θερμοδυναμικές διεργασίες που σχετίζονται με τη μεταφορά θερμότητας στα συστήματα.
Τι είναι το αδιαβατικό;
Αδιαβατική αλλαγή είναι αυτή κατά την οποία δεν μεταφέρεται θερμότητα μέσα ή έξω από το σύστημα. Αυτός ο περιορισμός μεταφοράς θερμότητας εμφανίζεται κυρίως με δύο τρόπους. Το ένα είναι χρησιμοποιώντας ένα θερμικά μονωμένο όριο έτσι ώστε να μην μπορεί να εισέλθει ή να υπάρξει θερμότητα. Για παράδειγμα, μια αντίδραση που πραγματοποιούμε σε μια φιάλη Dewar είναι αδιαβατική. Δεύτερον, μια αδιαβατική διαδικασία συμβαίνει όταν μια διαδικασία λαμβάνει χώρα πολύ γρήγορα. Έτσι, δεν υπάρχει χρόνος για τη μεταφορά θερμότητας μέσα και έξω.
Στη θερμοδυναμική, μπορούμε να δείξουμε αδιαβατικές αλλαγές ως dQ=0 όπου Q είναι θερμική ενέργεια. Σε αυτές τις περιπτώσεις, υπάρχει μια σχέση μεταξύ πίεσης και θερμοκρασίας. Επομένως, το σύστημα αλλάζει λόγω πίεσης σε αδιαβατικές συνθήκες.
Για παράδειγμα, σκεφτείτε τι συμβαίνει στο σχηματισμό νεφών και σε ρεύματα μεταφοράς μεγάλης κλίμακας. Σε μεγαλύτερα υψόμετρα, υπάρχει χαμηλότερη ατμοσφαιρική πίεση. Όταν ο αέρας θερμαίνεται, τείνει να ανεβαίνει. Επειδή η πίεση του εξωτερικού αέρα είναι χαμηλή, το ανερχόμενο δέμα αέρα θα προσπαθήσει να επεκταθεί. Όταν διαστέλλονται, τα μόρια του αέρα λειτουργούν και αυτό θα αλλάξει τη θερμοκρασία τους. Γι' αυτό η θερμοκρασία μειώνεται όταν ανεβαίνει.
Εικόνα 01: Ο σχηματισμός νέφους είναι ένα παράδειγμα αδιαβατικής διαδικασίας
Σύμφωνα με τη θερμοδυναμική, η ενέργεια στο δέμα του αέρα παραμένει σταθερή, αλλά μπορεί να μετατραπεί σε διαφορετικές μορφές ενέργειας (για να κάνει το έργο διαστολής ή ίσως για να διατηρήσει τη θερμοκρασία του). Ωστόσο, δεν υπάρχει ανταλλαγή θερμότητας με το εξωτερικό. Μπορούμε να εφαρμόσουμε το ίδιο φαινόμενο και στη συμπίεση του αέρα (π.ζ., ένα έμβολο). Σε αυτήν την περίπτωση, όταν το δέμα αέρα συμπιέζεται, η θερμοκρασία αυξάνεται. Αυτές οι διαδικασίες ονομάζονται αδιαβατική θέρμανση και ψύξη.
Τι είναι το Polytropic;
Πραγματοποιείται πολυτροπική διαδικασία με μεταφορά θερμότητας. Ωστόσο, η μεταφορά θερμότητας γίνεται αναστρέψιμα σε αυτή τη διαδικασία.
Εικόνα 02: Το να φυσάς ένα μπαλόνι στον καυτό ήλιο είναι ένα παράδειγμα για την πολυτροπική διαδικασία
Όταν ένα αέριο υφίσταται αυτόν τον τύπο μεταφοράς θερμότητας, η ακόλουθη εξίσωση ισχύει για μια πολυτροπική διεργασία.
PVn=σταθερά
Όπου P είναι η πίεση, V είναι ο όγκος και n είναι μια σταθερά. Ως εκ τούτου, για να διατηρηθεί σταθερό το Φ/Β στη διαδικασία διαστολής/συμπίεσης του πολυτροπικού αερίου, λαμβάνει χώρα ανταλλαγή θερμότητας και εργασίας μεταξύ του συστήματος και του περιβάλλοντος χώρου. Επομένως, η πολυτροπική είναι μια μη αδιαβατική διαδικασία.
Ποια είναι η διαφορά μεταξύ αδιαβατικού και πολυτροπικού;
Αδιαβατική αλλαγή είναι αυτή κατά την οποία δεν μεταφέρεται θερμότητα μέσα ή έξω από το σύστημα ενώ η πολυτροπική διαδικασία λαμβάνει χώρα με μεταφορά θερμότητας. Ως εκ τούτου, η βασική διαφορά μεταξύ αδιαβατικών και πολυτροπικών διεργασιών είναι ότι στις αδιαβατικές διεργασίες δεν συμβαίνει μεταφορά θερμότητας ενώ στις πολυτροπικές διεργασίες λαμβάνει χώρα μεταφορά θερμότητας. Επιπλέον, η εξίσωση dQ=0 ισχύει για την αδιαβατική διεργασία ενώ η εξίσωση PVn=σταθερά ισχύει για την πολυτροπική διεργασία.
Σύνοψη – Adiabatic vs Polytropic
Η αδιαβατική και η πολυτροπική διεργασία είναι δύο σημαντικές θερμοδυναμικές διεργασίες. Η βασική διαφορά μεταξύ αδιαβατικών και πολυτροπικών διεργασιών είναι ότι στις αδιαβατικές διεργασίες δεν λαμβάνει χώρα μεταφορά θερμότητας ενώ στις πολυτροπικές διεργασίες λαμβάνει χώρα μεταφορά θερμότητας.
