Proceso adiabático n termodinámica fluido o proceso isoentrópico.

Proceso adiabático
En termodinámica se designa como proceso adiabático a aquél en el cual el sistema
(generalmente, un fluido que realiza un trabajo) no intercambia calor con su entorno. Un
proceso adiabático que es además reversible se conoce como proceso isoentrópico. El
extremo opuesto, en el que tiene lugar la máxima transferencia de calor, causando que la
temperatura permanezca constante, se denomina proceso isotérmico.
El término adiabático hace referencia a elementos que impiden la transferencia de calor
con el entorno. Una pared aislada se aproxima bastante a un límite adiabático. Otro
ejemplo es la temperatura adiabática de llama, que es la temperatura que podría alcanzar
una llama si no hubiera pérdida de calor hacia el entorno. En climatización los procesos
de humectación (aporte de vapor de agua) son adiabáticos, puesto que no hay
transferencia de calor, a pesar que se consiga variar la temperatura del aire y su humedad
relativa.
El calentamiento y enfriamiento adiabático son procesos que comúnmente ocurren debido
al cambio en la presión de un gas. Esto puede ser cuantificado usando la ley de los gases
ideales.
En otras palabras se considera proceso adiabático a un sistema especial en el cual no se
pierde ni tampoco se gana energía calorífica. Esto viene definido según la primera ley de
termodinámica describiendo que Q=0
Si se relaciona el tema del proceso adiabático con las ondas, se debe tener en cuenta que
el proceso o carácter adiabático solo se produce en las ondas longitudinales
Índice

1 Formulación matemática
o
1.1 Derivación de la fórmula

2 Representación gráfica de las curvas adiabáticas

3 Enfriamiento adiabático del aire

4 Procesos adiabáticos en mecánica cuántica

5 Véase también
Formulación matemática
Durante un proceso adiabático, la energía interna del fluido que realiza el trabajo debe
necesariamente decrecer.
Esquema de una expansión adiabática.
La ecuación matemática que describe un proceso adiabático en un gas es
donde P es la presión del gas, V su volumen y
el coeficiente adiabático, siendo
el calor específico molar a presión constante y
el
calor específico molar a volumen constante. Para un gas monoatómico ideal,
.
Para un gas diatómico (como el nitrógeno o el oxígeno, los principales componentes del
aire)
Derivación de la fórmula
La definición de un proceso adiabático es que la transferencia de calor del sistema es
cero,
.
Por lo que de acuerdo con el primer principio de la termodinámica,
donde U es la energía interna del sistema y W es el trabajo realizado por el sistema.
Cualquier trabajo (W) realizado debe ser realizado a expensas de la energía U, mientras
que no haya sido suministrado calor Q desde el exterior. El trabajo W realizado por el
sistema se define como
Sin embargo, P no permanece constante durante el proceso adiabático sino que por el
contrario cambia junto con V.
Deseamos conocer cómo los valores de
y
se relacionan entre sí durante el
proceso adiabático. Para ello asumiremos que el sistema es una gas monoatómico, por lo
que
donde R es la constante universal de los gases.
Dado
y
entonces
y
Ahora sustituyendo las ecuaciones (2) y (3) en la ecuación (1) obtenemos
simplificando
dividiendo ambos lados de la igualdad entre PV
Aplicando las normas del cálculo diferencial obtenemos que
que se puede expresar como
Para ciertas constantes
y
del estado inicial. Entonces
elevando al exponente ambos lados de la igualdad
eliminando el signo menos
por lo tanto
y
Representación gráfica de las curvas adiabáticas
Las propiedades de las curvas adiabáticas en un diagrama P-V son las siguientes:
1. Cada adiabática se aproxima asintóticamente a ambos ejes del diagrama P-V (al
igual que las isotermas).
2. Cada adiabática se interseca con cada isoterma en un solo punto.
3. Una curva adiabática se parece a una isoterma, excepto que durante una
expansión, una adiabática pierde más presión que una isoterma, por lo que
inclinación es mayor (es más vertical).
4. Si las isotermas son cóncavas hacia la dirección "noreste" (45°), entonces las
adiabáticas son cóncavas hacia la dirección "este noreste" (31°).
5. Si adiabáticas e isotermas se dibujan separadamente con cambios regulares en la
entropía y temperatura, entonces a medida que nos alejamos de los ejes (en
dirección noreste), parece que la densidad de las isotermas permanece constante,
pero la densidad de las adiabáticas disminuye. La excepción se encuentra muy
cerca del cero absoluto, donde la densidad de las adiabáticas cae fuertemente y
se hacen muy raras (Véase también: Teorema de Nernst).
Enfriamiento adiabático del aire
Existen, tres relaciones en el enfriamiento adiabático del aire:
1. La relación ambiente de la atmósfera, que es la proporción a la que el aire se
enfría a medida que se gana altitud.
2. La tasa seca adiabática, es de unos -1° por cada 100 metros de subida.
3. La tasa húmeda adiabática, es de unos -0,6° - 0,3º por cada 100 metros de subida.
La primera relación se usa para describir la temperatura del aire circundante a través del
cual está pasando el aire ascendente. La segunda y tercera proporción son las
referencias para una masa de aire que está ascendiendo en la atmósfera. La tasa seca
adiabática se aplica a aire que está por debajo del punto de rocío, por ejemplo si no está
saturado de vapor de agua, mientras que la tasa húmeda adiabática se aplica a aire que
ha alcanzado su punto de rocío. El enfriamiento adiabático es una causa común de la
formación de nubes.
El enfriamiento adiabático no tiene por qué involucrar a un fluido. Una técnica usada para
alcanzar muy bajas temperaturas (milésimas o millonésimas de grado sobre el cero
absoluto) es la desmagnetización adiabática, donde el cambio en un campo magnético en
un material magnético es usado para conseguir un enfriamiento adiabático.
Procesos adiabáticos en mecánica cuántica
Véase también: Teorema adiabático
En mecánica cuántica una transformación adiabática es un cambio lento en el
Hamiltoniano cuántico
que describe el sistema y que resulta en un cambio de los
valores propios del Hamiltoniano pero si de sus estados propios, lo que se conoce como
cruce evitado. Por ejemplo, si un sistema comienza en su estado fundamental
permanecerá en el estado fundamental a pesar de que las propiedades de este estado
pueden cambiar. Si en tal proceso se produce un cambio cualitativo en las propiedades
del estado fundamental, como por ejemplo un cambio de spin la transformación se
denomina transición de fase cuántica. Las transiciones de este tipo son transiciones de
fase prohibidas por la mecánica clásica.