I principi di base della termodinamica incapsulano la modalità di trasferimento di energia tra due entità. Esistono numerosi processi attraverso i quali avviene il suddetto trasferimento di energia e questi vari processi sono chiamati processi termodinamici. Sono spesso rappresentati come funzioni di pressione e volume o temperatura ed entropia. Adiabatico e isoentropico sono due di tali processi.
Adiabatico vs isentropico
La differenza tra i termini adiabatico e isoentropico risiede nel meccanismo di trasferimento di energia coinvolto e nel tipo di sistemi che sono di conseguenza. I due termini hanno significati diversi, tuttavia rispetto al campo della termodinamica sono rappresentativi delle condizioni esterne imposte a un particolare sistema energetico.
Il termine adiabatico significa che non c'è trasferimento di calore, cioè il calore non viene né perso né guadagnato nel trasferimento di energia. Pertanto, costituisce un sistema termicamente isolato. Rappresenta un processo di trasferimento di energia ideale. Può essere reversibile (dove l'energia interna totale rimane invariata) o irreversibile (l'energia interna totale è alterata). In un processo adiabatico, il calore totale scambiato tra il sistema e l'ambiente circostante è nullo. Di conseguenza, l'unica variabile che influenza la variazione dell'energia interna del sistema è il lavoro svolto
Isoentropico significa un processo adiabatico idealizzato - uno che è reversibile e non subisce variazioni nell'entropia. Sia i processi isentropici che i processi adiabatici reversibili sono tipi di processi politropici. I processi politropici sono quelli che obbediscono al PV = C. In questo caso, P rappresenta la pressione, V rappresenta il volume e n nei suddetti due processi è ? e C è una costante. I processi adiabatici si verificano in un sistema rigorosamente isolato termicamente mentre i processi isoentropici potrebbero non esserlo.
Tabella di confronto tra adiabatico e isentropico
| Parametri di confronto | Adiabatico | Isoentropico |
|---|---|---|
| Condizioni essenziali | – Sistema perfettamente isolato– Processo rapido per facilitare il trasferimento di calore | – L'entropia deve rimanere una costante– Reversibile |
| Relazione del gas ideale | Reversibile: PV? = CostanteIrreversibile: dU = -P(esterno) dV (Funzione di variazione di energia interna, pressione e volume) | PV? è sempre una costante |
| Energia interna totale (U = Q + W) | L'energia interna è pari al lavoro svolto poiché il sistema è isolato termicamente (Q = 0) | L'energia interna è uguale alla somma del calore esterno applicato e del lavoro svolto |
| Variazione di entropia (ΔS) | Reversibile – Nessun cambiamento nell'entropiaIrreversibile – Variazione di entropia rappresentata in funzione del trasferimento di calore netto e della temperatura del sistema. | L'entropia rimane invariata |
| Possibili casi d'uso | Fenomeno meteorologico di esplosione di calore | Turbine |
Cos'è l'adiabatico?
I processi adiabatici possono essere di due tipi: espansione adiabatica e compressione adiabatica. Nell'espansione adiabatica di un gas ideale, il gas ideale all'interno del sistema fa il lavoro e quindi la temperatura del sistema scende. A causa dell'abbassamento della temperatura, questo costituisce raffreddamento adiabatico. Nella compressione adiabatica di un gas ideale, invece, si opera sul sistema comprendente il gas in ambiente termicamente isolato. Di conseguenza, la temperatura del gas aumenta. Questo dà luogo a quello che viene chiamato riscaldamento adiabatico. Di conseguenza, queste proprietà vengono utilizzate in specifiche applicazioni della vita reale. Ad esempio, le proprietà di espansione sono impiegate nelle torri di raffreddamento e le proprietà di compressione sono impiegate nei motori diesel
Cos'è l'isoentropico?
Un processo isoentropico, come suggerisce il termine, è uno in cui non c'è scambio di calore netto e, cosa più importante, l'entropia del sistema è una costante. Nei processi adiabatici reversibili, la variazione di entropia è zero. Pertanto, tutti i processi adiabatici reversibili costituiscono anche processi isentropici. Tuttavia, il viceversa non è sempre implicito in questo caso. Esistono processi isentropici che non sono adiabatici. Il punto cruciale da notare nel caso dei processi isentropici è che il cambiamento è che l'entropia non ha luogo.
Il sistema può essere soggetto a entropia positiva ed entropia negativa uguale e contraria. In tal caso, la variazione netta di entropia rimane ancora zero poiché i due valori di entropia si bilanciano a vicenda. Tale sistema non è adiabatico (poiché non è un sistema termicamente isolato) ma è isoentropico. La maggior parte dei sistemi isoentropici sono anche principalmente caratterizzati dalla mancanza di attrito. Questa mancanza di attrito è ciò che consente al processo di essere reversibile e un processo adiabatico idealizzato.
Principali differenze tra adiabatico e isentropico
Conclusione
Ci sono una miriade di percorsi che un processo termodinamico può intraprendere. In base all'output che il sistema è tenuto a fornire, è possibile armeggiare con variabili come la pressione, il lavoro svolto. Di conseguenza, emergono combinazioni uniche di risultati. I processi adiabatici e i processi isoentropici si verificano entrambi come esiti di distinti sistemi termodinamici in cui i prerequisiti riguardano rispettivamente l'energia termica e l'entropia. Sebbene varino nelle loro condizioni sistemiche, non sono sistemi che si escludono a vicenda. Sia i processi adiabatici che i processi isoentropici hanno casi d'uso significativi nella vita reale.
Riferimenti
1. https://sci-hub.se/https://aapt.scitation.org/doi/abs/10.1119/1.1973642. http://www.asimow.com/reprints/PhilTrans_355_255.pdf3.
