Proceso Adiabático: ¿Rápido o Lento?

Question

Siempre he utilizado el proceso adiabático para que sea rápido, de modo que el sistema no tenga suficiente tiempo para intercambiar energía en forma de calor. Pero mientras revisaba el proceso adiabático en el libro de Resnick, Halliday y Krane, los autores afirman que:

asumimos que el proceso se lleva a cabo lentamente , de modo que la presión siempre esté bien definida.

Ahora esto está completamente fuera de sincronía con lo que ya sé y la mayoría de las búsquedas en la web también están de acuerdo en que el proceso adiabático es rápido .

¿Cuál es el correcto?

Answer 1

En el lenguaje de la termodinámica, un proceso adiabático es aquel en el que no hay intercambio de calor entre el sistema y sus alrededores. Una forma de lograr esto es tener una aislación perfecta entre el sistema y sus alrededores (conductividad térmica cero). En este caso, no importa qué tan rápidamente se lleve a cabo el proceso; la transferencia de calor entre los alrededores y el sistema Q es cero. Otra forma de lograr esto en un sistema que no está perfectamente aislado, es primero llevar a cabo cualquier deformación (expansión/compresión) que ocurra durante el proceso de manera muy rápida, para que no haya tiempo adecuado para que se transfiera una cantidad significativa de calor. Sin embargo, en este caso, si se supone que el estado final del sistema debe ser un estado de equilibrio termodinámico, se debe colocar aislamiento después de que la deformación esté completa, y luego permitir que el sistema se equilibre termodinámicamente sin más transferencia de calor.

En resumen, el término proceso adiabático no tiene nada que ver con si el proceso es reversible o irreversible, o rápido o lento. Simplemente significa que, durante el proceso, hay una transferencia de calor negligible ya sea hacia o desde el sistema.

Answer 2

Por lo general, la definición de proceso adiabático es que no hay transferencia de calor o materia entre el sistema y los alrededores. Esta definición no es del todo correcta.

Tomemos un cilindro dividido por un pistón. Hay un gas en una mitad de él. Ahora mueves el pistón muy, muy rápido, para que el gas pueda llenar todo el volumen del cilindro. Has movido el pistón casi instantáneamente, mucho más rápido que la velocidad de las moléculas de gas. Aunque no hubo intercambio de masa o calor con los alrededores, este no es un proceso adiabático. Por ejemplo, a medida que las moléculas de gas se dispersan por todo el volumen disponible, la energía total de las moléculas no cambiaría, por lo que la temperatura del gas no cambiaría, etc.

La fórmula habitual de proceso adiabático se deriva asumiendo que los parámetros del sistema están cambiando muy lentamente en comparación con la velocidad de las moléculas en el sistema.

En la práctica, cuando lidias con gases reales, esta suposición suele cumplirse. La velocidad de las moléculas es de aproximadamente kilómetros por segundo, ningún pistón se mueve tan rápido. Pero hay algunas pérdidas de calor. Y cuanto más lento sea el proceso, mayor será la influencia de las pérdidas de calor.

Entonces, el proceso adiabático es un proceso lo suficientemente lento (en comparación con la velocidad de las partículas en el sistema) y lo suficientemente rápido, para que la influencia de las pérdidas de calor no sea significativa.

Los físicos teóricos suelen preocuparse por la primera parte de esta definición ("¿no se dice que el sistema está aislado?")

Los físicos experimentales suelen preocuparse solo por la segunda parte.

ACTUALIZACIÓN para evitar (o agregar) alguna confusión.

Parece que existen diferentes definiciones de proceso "adiabático". Según una de ellas, la expansión de gas descrita anteriormente SE llama adiabática.

Pero ninguna de las definiciones dice que el proceso adiabático tenga que ser rápido. Hacer que el proceso sea rápido es solo un truco experimental necesario para reducir la influencia de las pérdidas de calor.

Answer 3

Tal vez en la práctica (aproximada) los procesos adiabáticos se llevan a cabo rápidamente para hacerlos lo más adiabáticos posibles, pero en teoría uno podría tener un sistema aislado donde la energía se conserva, lo cual es útil cuando se desea que la presión esté bien definida en todo momento.

Sin embargo, se puede asumir que cualquier proceso en un libro teórico se lleva a cabo lentamente, porque la mayoría de ellos se asume que son reversibles.