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Proceso adiabático


Gráfico de un proceso adiabático en función de p y V.
En termodinámica se designa como proceso adiabático a aquél en el cual el sistema (generalmente, un fluido que realiza un trabajo) no intercambiacalor 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 decalor, 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 haciael 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 gasesideales.
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 segun 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  [ocultar] 
1 Formulación matemática
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 [editar]


Durante un proceso adiabático, la energía interna del fluido que realiza el trabajo debe necesariamente decrecer.


Esquema de una expansiónadiabática.
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) 
Derivaciónde la fórmula [editar]
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 suministradocalor Q desde el exterior. El trabajo W realizadopor 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 losgases.
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 signomenos

por lo tanto

y

Representación gráfica de las curvas adiabáticas [editar]
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 interseca cada isoterma exactamente una sola vez.
3. Una curva adiabática se parece a una...