العملية الاديباتية
العملية الأدياباتية أو العملية الحافظة للحرارة – Adiabatic process، هي عملية حرارية ديناميكية خاصة بالغازات، لا يتم فيها تبادل حراري أو انتقال الحرارة من المحيط المحيط بالنظام سواء من الداخل أو الخارج. بغض النظر عن حالة التمدد أو الضغط، لا يحدث تبادل حراري في هذه العملية. يتم الحصول على العملية الحافظة للحرارة عن طريق إحاطة النظام بمادة عازلة للحرارة بشكل كامل أو عن طريق حدوث العملية بسرعة. يتم فهم وتفسير العملية الأدياباتية من خلال تطبيقات الديناميكا الحرارية في الحياة.
يتم تعريف العملية الأديباتية في حالة الغاز المثالي على أنها عملية عكسية ذات انتروبيا ثابتة، ويتم تمثيلها رياضيًا بالمعادلة ΔQ = 0
تكون العملية الأدبية قابلة للعكس أو عدم الرجوع فيها، حيث تخضع لشروط محددة كالتالي:
- عزل النظام تمامًا عن البيئة المحيطة به.
- يجب تنفيذ العملية الحرارية بسرعة كافية حتى يكون هناك وقت كافٍ لنقل الحرارة.
العمليات الأدياباتية هي العمليات التي تحافظ خلالها درجة الحرارة النهائية على صفر تأثير، ولكن هذا لا يعني أن الحرارة لا تنتقل خلال العملية، حيث يمكن لقياسات الوقتأن تكشف عن نقل الحرارة الدقيق من خلال حدود النظام، وهذا متوازن مع الضغط.
من العوامل التي يمكن أن تؤثر على انتقال الحرارة في العملية الحرارية هي:
- الاهتمام.
- معدل تبديد الحرارة.
- مقدار الشغل.
يتم تحليل عملية الحرارة بالكامل في العملية الأديباتية بدلاً من التركيز على أجزائها الصغيرة.
شرح Adiabatic process
في أسطوانة، يتم ضغط الغاز بسرعة فائقة لتحويل الحد الأدنى من طاقة النظام إلى حرارة ونقلها، ويتم قياس عملية الضغط على مقياس زمن، وبالرغم من أن جسم الأسطوانة ليس عازلللحرارة ويعتبر من الموصلات الحرارية، إلا أن العملية التي يحدث بها تعتبر عملية ثابتة.
معادلة عملية Adiabatic
تأتي معادلة العملية الاديباتية الثابتة كما يلي :
PVγ = ثابت
حيث أن P يمثل الضغط
V تساوي الحجم – volume
Y المؤشر المستقر للحرارة أو نسبة السعة الحرارية عند ضغط ثابت إلى السعة الحرارية عند حجم ثابت (Cp:Cv)
العملية الاديباتية العكسية
وهي عملية متوازنة ، وتعرف على أنها عملية ديناميكية حرارية مثالية ، ثابتة الحرارة ، حيث أن عمليات نقل عمل النظام فيها تكون خالية من الاحتكاك ، كما لا يوجد انتقال للمادة او الحرارة فيها ، وتكون قابلة للعكس ، ويتم الاستفادة من هذه العملية في علم الهندسة على أنها أساس للمقارنة في العمليات الحقيقية.
التوسع الاديباتي
التوسع الأدبي أو التمدد الأدبي هو سلوك مثالي لنظام مغلق، حيث يكون ضغط الهواء ثابتًا ودرجة الحرارة منخفضة.
الضغط الاديباتي
ضغط الهواء الأديباتي هو الضغط الذي يتم فيه احتساب درجة حرارة الهواء كما هي، دون زيادة أو نقص في الحرارة، ويتم فيه زيادة الطاقة الداخلية للهواء بمقدار الضغط الخارجي عليه، مما يؤدي إلى زيادة درجة حرارة الهواء أثناء الضغط، وبالتالي يكون الضغط الهوائي أكبر من حجم الهواء.
التسخين الاديباتي والتبريد الاديباتي
عندما يتم ضغط الغاز بطريقة ثابتة الحرارة، ترتفع درجة حرارته بسبب عملية التسخين الحراري، ولكن عندما يتم التمدد بطريقة ثابتة الحرارة مقابل الضغط، ينخفض درجة حرارته بسبب عملية التبريد الثابت.
ويحدث التسخين الاديباتي عند ضغط الغاز عن طريق الضغط الحادث عليه من خلال محيطه ؛ مثل ضغط المكبس في اسطوانة وقود محرك الديزل ، او عندما يتم ضغط الكتل الهوائية في الغلاف الجوي على سطح منحدر على سلسلة جبال ، ما يؤدي إلى ارتفاع درجات الحرارة نتيجة الضغط الحادث على كتلة الهواء لتقليل حجم الهواء مقابل كتلة الأرض.
ومن جانب آخر ، فإن حدوث التبريد ، او التبريد الاديباتي الذي يحدث عند التمدد في الأنظمة المعزولة ، يجبر هذه الأنظمة على الضغط في المناطق المحيطة بها ، فمثلا عندما ينخفض ضغط كتلة الهواء عن طريق زيادة تيار الرياح ، فيتم السماح للحجم بالانتشار إلى الخارج ، الأمر الذي يؤدي إلى خفض درجة الحرارة.
أمثلة على العملية الاديباتيكية
سوف نقدم بعض الأمثلة عن العملية الحرارية وثابت الحرارة، كما يلي:
- تستخدم التوربينات الحرارة كمصدر للعمل، لذلك فإن أي انخفاض في درجة الحرارة المحيطة بها سيقلل من كفاءتها.
- يتعلق انتقال الصوت بضغط وتمدد الهواء نتيجة مرور الموجات الصوتية، وهي عملية ثابتة الحرارة (أدياباتيكية).
- في حالة المحركات الهوائية، تحيط الأنابيب التي تحمل زيت التشحيم بها ببيئة درجة حرارة عالية، ويعمل على ثبات درجة حرارة البيئة المحيطة للمحرك، حيث أن أي مصدر حراري للأنابيب سيؤدي إلى تغيير خواص الزيوت المحملة، وقد يؤدي ذلك إلى تداخلها مع سلوك التشحيم الصحيح للمحرك.
تكون الاستجابة الحرارية في المحركات الهوائية أسرع بنسبة كبيرة من الاستجابة الحرارية في المحركات الدورية مع ثوابت الضواغط، وذلك بسبب أن المحركات الدورية أكبر حجمًا.