Quelle est la différence entre une expansion isotherme et une expansion adiabatique?


Réponse 1:

Isotherme signifie température constante. Adiabatique signifie pas de flux de chaleur. Avec ces définitions, il est simple de les appliquer et de voir quelles équations elles produisent. Pour cet effort, les manuels semblent favoriser les gaz parfaits, je vais donc l'adopter également dans cette réponse.

Commencez par la condition isotherme. Étant donné que selon la loi des gaz idéaux, le produit de la pression P et du volume V est une constante pour un nombre donné de molécules de gaz à température constante, pour deux états 1 et 2, nous avons donc

(1)          V1V2=P2P1\displaystyle\text{(1)}\;\;\;\;\;\frac{V_1}{V_2}=\frac{P_2}{P_1}

Imaginez maintenant un bain à température constante enfermant une bouteille contenant un gaz et fermé à une extrémité avec un piston, comme je l'ai illustré ci-dessous. Si une source de chaleur à l'intérieur du cylindre est déclenchée, le piston se déplacera vers le haut à cause du réchauffement du gaz. Pour que la température reste inchangée pour cette augmentation de volume, la pression doit diminuer, exactement comme prévu par l'équation. (1).

Considérons maintenant une expansion adiabatique. Passer par cette dérivation sous la restriction d'un flux de chaleur nul donne [1]

(2)          V1V2=(T2T1)CvR\displaystyle\text{(2)}\;\;\;\;\;\frac{V_1}{V_2}=\left(\frac{T_2}{T_1}\right)^\frac{C_v}{R}

whereCvisspecificheatandRthegasconstant.where C_v is specific heat and R the gas constant.

L'équation (2) indique qu'un système se refroidit pour une expansion adiabatique. C'est physiquement raisonnable, car si le volume d'un système isolé devait augmenter, sans flux de chaleur entrant ou sortant, la pression diminuerait et ferait baisser la température.

En résumé, dans une détente isotherme, la pression est réduite; pour une expansion adiabatique, la température est réduite. Mais peut-être vous demandez-vous pourquoi tout ce tapage sur ces conditions idéalisées? L'une des raisons est qu'elles aident à isoler les contributions spécifiques de l'énergie thermique et du travail mécanique à la variation globale de l'énergie du système dans diverses conditions, ce qui fournit une toile de fond sur laquelle modéliser des objets réels tels que des moteurs ou des pompes.

Notes de bas de page

[1] Forces motrices moléculaires: thermodynamique statistique en biologie, chimie, physique et nanoscience


Réponse 2:

Quelle est la différence entre une expansion isotherme et une expansion adiabatique? Les conditions essentielles d'un processus isotherme sont:

  1. La température doit rester constante. Les changements doivent avoir lieu à un rythme lent. La chaleur spécifique du gaz est infinie.

Les conditions essentielles d'un processus adiabatique sont:

  1. il ne doit pas y avoir de transfert d'énergie thermique. Les changements doivent avoir lieu à un rythme très rapide. La chaleur spécifique est nulle.

MAINTENANT, quelle est la différence entre une expansion isotherme et une expansion adiabatique?!

La ligne adiabat est plus raide que les lignes isothermes, ce qui est facilement visible.

Pendant l'expansion adiabatique (dv> 0) l'énergie interne diminue:

dq = du + p dv (1ère loi)

et

dq = 0

du = -p dv <0

et donc la température du système diminue:

du = cv dT <0

⇒ T2

Remarque: des processus isothermes et adiabatiques parfaits (100%) ne sont pratiquement pas possibles.