De basisprincipes van de thermodynamica omvatten de wijze van energieoverdracht tussen twee entiteiten. Er zijn een aantal processen waardoor de genoemde energieoverdracht plaatsvindt, en deze verschillende processen worden thermodynamische processen genoemd. Ze worden vaak weergegeven als functies van druk en volume of temperatuur en entropie. Adiabatisch en Isentropisch zijn twee van dergelijke processen.
Adiabatisch versus Isentropisch
Het verschil tussen de termen adiabatisch en isentroop ligt in het betrokken energieoverdrachtsmechanisme en het soort systemen dat ze bijgevolg zijn. De twee termen hebben verschillende betekenissen, maar met betrekking tot het gebied van de thermodynamica zijn ze representatief voor de externe omstandigheden die aan een bepaald energiesysteem worden opgelegd.
De voorwaarde adiabatisch betekent dat er geen warmteoverdracht is, d.w.z. er gaat geen warmte verloren of gewonnen bij de overdracht van energie. Daarom vormt het een thermisch geïsoleerd systeem. Het vertegenwoordigt een ideaal proces van energieoverdracht. Het kan omkeerbaar zijn (waarbij de totale interne energie onveranderd blijft) of onomkeerbaar (de totale interne energie wordt gewijzigd). In een adiabatisch proces is de totale warmte-uitwisseling tussen het systeem en de omgeving nul. Als gevolg hiervan is de enige variabele die de verandering in de interne energie van het systeem beïnvloedt, het verrichte werk
isentropisch betekent een geïdealiseerd adiabatisch proces - een proces dat omkeerbaar is en geen verandering in entropie ondergaat. Zowel isentrope processen als adiabatische omkeerbare processen zijn typen polytrope processen. Polytrope processen zijn die welke de PV. gehoorzamen = C. In dit geval staat P voor druk, V voor volume en n in de bovengenoemde twee processen is ? en C een constante is. Adiabatische processen vinden plaats in een strikt thermisch geïsoleerd systeem, terwijl isentrope processen dat niet kunnen.
Vergelijkingstabel tussen adiabatisch en isentropisch
| Parameters van vergelijking: | adiabatisch | isentropisch |
|---|---|---|
| Essentiële voorwaarden | – Perfect geïsoleerd systeem– Snel proces om warmteoverdracht te vergemakkelijken | – Entropie moet constant blijven– Omkeerbaar |
| Ideale gasrelatie | Omkeerbaar: PV? = Constanteonomkeerbaar: dU = -P(ext) dV (functie van verandering in interne energie, druk en volume) | PV? is altijd een constante |
| Totale interne energie (U = Q + W) | Interne energie is gelijk aan de verrichte arbeid aangezien het systeem thermisch geïsoleerd is (Q = 0) | Interne energie is gelijk aan de som van de toegepaste externe warmte en het verrichte werk |
| Entropieverandering (ΔS) | Omkeerbaar – Geen verandering in entropieonomkeerbaar – Verandering in entropie weergegeven als een functie van netto warmteoverdracht en temperatuur van het systeem. | Entropie blijft ongewijzigd |
| Mogelijke use-cases | Meteorologisch fenomeen van hitte-uitbarsting | Turbines |
Wat is adiabatisch?
Adiabatische processen kunnen van twee soorten zijn: adiabatische expansie en adiabatische compressie. Bij de adiabatische expansie van een ideaal gas doet het ideale gas in het systeem het werk en daardoor daalt de temperatuur van het systeem. Door de daling van de temperatuur is er sprake van adiabatische afkoeling. Integendeel, bij de adiabatische compressie van een ideaal gas wordt gewerkt aan het systeem dat het gas omvat in een thermisch geïsoleerde omgeving. Hierdoor stijgt de temperatuur van het gas. Dit geeft aanleiding tot wat adiabatische verwarming wordt genoemd. Bijgevolg worden deze eigenschappen gebruikt in specifieke real-life toepassingen. Zo worden expansie-eigenschappen gebruikt in koeltorens en compressie-eigenschappen worden gebruikt in dieselmotoren
Wat is isentropisch?
Een isentropisch proces, zoals de term suggereert, is er een waarbij er geen netto warmte-uitwisseling is en, belangrijker nog, entropie van het systeem is een constante. In omkeerbare adiabatische processen is de entropieverandering nul. Daarom vormen alle omkeerbare adiabatische processen ook isentrope processen. Het omgekeerde wordt in dit geval echter niet altijd geïmpliceerd. Er bestaan isentropische processen die niet adiabatisch zijn. Het centrale punt om op te merken in het geval van isentropische processen is dat de verandering in entropie niet plaatsvindt.
Het systeem kan onderhevig zijn aan positieve entropie en gelijke en tegengestelde negatieve entropie. In een dergelijk geval blijft de netto verandering in entropie nog steeds nul, aangezien de twee entropiewaarden elkaar in evenwicht houden. Een dergelijk systeem is niet adiabatisch (omdat het geen thermisch geïsoleerd systeem is) maar isentroop. De meeste isentropische systemen worden ook grotendeels gekenmerkt door het gebrek aan wrijving. Dit gebrek aan wrijving maakt het proces omkeerbaar en een geïdealiseerd adiabatisch proces.
Belangrijkste verschillen tussen adiabatisch en isentropisch
Gevolgtrekking
Er zijn talloze paden die een thermodynamisch proces kan nemen. Op basis van de output die het systeem moet geven, kan er gesleuteld worden aan variabelen als druk, verrichte arbeid. Hierdoor ontstaan unieke combinaties van uitkomsten. Adiabatische processen en isentrope processen komen beide voor als resultaten van verschillende thermodynamische systemen waarbij de voorwaarden respectievelijk betrekking hebben op warmte-energie en entropie. Hoewel ze verschillen in hun systemische omstandigheden, sluiten ze elkaar niet uit. Zowel adiabatische processen als isentropische processen hebben significante gebruiksscenario's in het echte leven.
Referenties
1. https://sci-hub.se/https://aapt.scitation.org/doi/abs/10.1119/1.1973642. http://www.asimow.com/reprints/PhilTrans_355_255.pdf3.
