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O que é um processo adiabático?

Um processo adiabático é um processo termodinâmico no qual o sistema não troca calor com o ambiente. Um processo adiabático reversível é chamado isentrópico.

O que é um processo adiabático?

O processo adiabático fornece uma base conceitual rigorosa para a teoria usada para expor a primeira lei da termodinâmica.

O termo adiabático refere-se a elementos que impedem a transferência de calor com o meio ambiente. Uma parede isolada está bem próxima de um limite adiabático. Portanto, o termo parede adiabática aparece.

Um processo adiabático é um processo que não envolve a transferência de calor ou matéria dentro ou fora de um sistema. Diz-se que é adiabaticamente isolado. A suposição de que um processo é adiabático é uma suposição simplificadora que é frequentemente feita.

A suposição de isolamento adiabático de um sistema é útil. Geralmente é combinado com outros para possibilitar o cálculo do comportamento do sistema. Tais suposições são idealizações, elas se aproximam, mas não são reais.

O comportamento das máquinas reais se desvia dessas idealizações. A suposição de um comportamento tão perfeito fornece uma primeira aproximação útil de como o mundo real funciona.

Exemplos de processos adiabáticos

Para entender melhor esse conceito, vejamos alguns exemplos:

A geladeira é um sistema adiabático?

Uma geladeira que funciona não é um processo adiabático. No entanto, quando o motor é parado, ele age como um sistema adiabático.

Quando o motor da geladeira está funcionando, ele transfere o calor de dentro para fora. Mas sem o motor, as paredes impedem a transferência de calor porque é isolado termicamente.

Ciclos de motores térmicos

Parte dos ciclos térmicos do motor são processos adiabáticos. 

Neste exemplo, assumimos que o cilindro de pistão é o nosso sistema termodinâmico.

Supõe-se que a compressão de um gás dentro de um cilindro de um motor térmico ocorra tão rapidamente. Por isso, é considerado quase-estático. Isso significa que apenas uma pequena parte da energia do sistema pode ser transferida como calor para o ambiente.

Embora os cilindros do motor térmico não sejam isolados e sejam bastante condutores, esse processo é idealizado para ser adiabático. Durante a compressão, a temperatura aumenta.

Para o processo de expansão desse sistema, devido ao trabalho realizado pelo gás, acontece a mesma coisa. Durante a expansão de um gás ideal, a temperatura do gás diminui. Nesse processo, a energia é liberada na forma de trabalho.

Esse processo é idealizado para ser adiabático.

Aquecimento e refrigeração adiabáticos

A compressão adiabática de um gás causa um aumento na temperatura do gás. A expansão adiabática contra pressão, ou uma mola, causa uma queda de temperatura. Por outro lado, a expansão livre é um processo isotérmico para um gás ideal.

Tais mudanças de temperatura podem ser quantificadas usando a lei ideal dos gases ou a equação hidrostática para processos atmosféricos.

De acordo com a lei dos gases ideais, quando o calor é adicionado a um volume constante, a energia térmica entra inteiramente no aumento da energia cinética interna. Se o calor for adicionado a pressão constante, o gás poderá se expandir enquanto o calor for adicionado. O gás trabalha na expansão do sistema.

Na prática, nenhum processo é realmente um processo adiabático. Muitos processos dependem de uma grande diferença nas escalas de tempo do processo de interesse. Eles também dependem da taxa de dissipação de energia térmica através dos limites de um sistema.

Portanto, eles são aproximados usando uma suposição adiabática. Sempre há alguma perda de calor, pois não há isoladores perfeitos.

Aquecimento adiabático

O aquecimento em uma condição adiabática chamada ocorre quando a pressão de um gás é aumentada pelo trabalho realizado nele. Um exemplo de aquecimento adiabático é o de um pistão de motor térmico que comprime um gás contido dentro de um cilindro. A compressão de gás leva a um aumento de temperatura. Em muitas situações práticas, a condução do calor é considerada nula.

Esse recurso tem aplicação prática em motores térmicos a diesel.

Arrefecimento adiabático

O resfriamento adiabático ocorre quando a pressão em um sistema isolado adiabaticamente diminui, permitindo a expansão. Essa expansão faz funcionar em seu ambiente. Quando a pressão aplicada a um pacote de ar é reduzida, o ar no pacote é permitido expandir. À medida que o volume aumenta, a temperatura diminui à medida que sua energia interna diminui.

O resfriamento adiabático não precisa envolver um fluido. Uma técnica usada para atingir temperaturas muito baixas é através da desmagnetização adiabática. Na desmagnetização adiabática, a alteração no campo magnético de um material magnético é usada para fornecer resfriamento adiabático. Além disso, o conteúdo de um universo em expansão pode ser descrito (de primeira ordem) como um fluido de resfriamento adiabático.

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Data de publicação: 19 de março de 2018
Última revisão: 28 de junho de 2020