Trasformazione adiabatica

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  • Trasformazione adiabatica

    Ciao a tutti, riguardo i gas la trasformazione adiabatica è quel fenomeno che fa aumentare la temperatura del gas se lo si comprime (ad esempio se si ricarica la bombola più velocemente) e fa diminuire la temperatura del gas se il gas si dilata (ad esempio se si apre subito al massimo il rubinetto della bombola e si abbassa velocemente la pressione), il tutto ovviamente senza che avvenga scambio di calore fra gas e l'ambiente. Non mi è chiaro perché avvenga questo processo. Provando a cercare, ho letto che nel caso della compressione la temperatura del gas aumenta perché il lavoro compiuto sul gas ne aumenta l'energia interna, nel caso del calo di pressione e quindi del calo di temperatura il gas si dilata a spese della sua energia interna. Non ho capito che si intende dire con "l'aumento di energia interna del gas"che porta ad aumento di temperatura e viceversa per quanto riguarda il calo di temperatura quando il gas si espande.
    Qualcuno ne ha idea?
    Ultima modifica di anfibio; 21-02-2019, 00:55.

  • #2
    Originariamente inviato da anfibio Visualizza il messaggio
    Ciao a tutti, riguardo i gas la trasformazione adiabatica è quel fenomeno che fa aumentare la temperatura del gas se lo si comprime (ad esempio se si ricarica la bombola più velocemente) e fa diminuire la temperatura del gas se il gas si dilata (ad esempio se si apre subito al massimo il rubinetto della bombola e si abbassa velocemente la pressione), il tutto ovviamente senza che avvenga scambio di calore fra gas e l'ambiente. Non mi è chiaro perché avvenga questo processo. Provando a cercare, ho letto che nel caso della compressione la temperatura del gas aumenta perché il lavoro compiuto sul gas ne aumenta l'energia interna, nel caso del calo di pressione e quindi del calo di temperatura il gas si dilata a spese della sua energia interna. Non ho capito che si intende dire con "l'aumento di energia interna del gas"che porta ad aumento di temperatura e viceversa per quanto riguarda il calo di temperatura quando il gas si espande.
    Qualcuno ne ha idea?
    ​Ciao Anfibio.

    ​Che bello, un quesito di fisica

    In questo quesito ci sono i gas, le forze, tutti aspetti che ritroviamo nella subacquea e che ci aiutano a capire aspetti che magari diamo per scontato.

    Quindi la prendo come una sfida e provo io a rispondere ai tuoi dubbi con la speranza di non dire o non dirne troppe di sciocchezze, e, se fosse cosi sarò grato a chi vorrà correggere integrare quanto sto per dire

    Definiamo cosa intendiamo con il termine "adiabatico"
    Mi rifaccio a questo link:
    https://www.chimica-online.it/download/adiabatica.htm
    In fisica con il termine "adiabatica", s'intende una trasformazione che avviene senza scambio di calore fra il sistema e l'ambiente (processo adiabatico).

    In poche parole il processo avviene senza che ci sia un apporto di calore o una sottrazione di calore da parte dell'ambiente in cui il processo avviene.

    Ma cos'è il calore ?

    Il calore non è altro che l'agitazione molecolare delle particelle (atomi) che compongono la materia.
    Tanto più queste particelle si agitano velocemente, tanto più il corpo è caldo - tanto più l'agitarsi di queste particelle rallenta tanto più il corpo è freddo.

    Raffreddare un corpo vuol dire rallentare l'agitazione di queste particelle - ma questo processo ha un limite oltre il quale non è possibile andare, questo limite è l'immobilità, quando una particella è ferma non è più possibile rallentarla ulteriormente, in questo caso si è raggiunto lo "zero assoluto" (-273 gradi centigradi).

    Riscaldare un corpo vuol dire agitare il movimento degli atomi, questo processo non ha un limite dato che dipende solo dalla quantità di energia che possiamo fornire all'atomo per muoversi sempre più velocemente.

    Un altro aspetto che dobbiamo considerare è il principio di conservazione dell'energia:
    "questa legge afferma che, sebbene l'energia possa essere trasformata e convertita da una forma all'altra, la quantità totale di essa in un sistema isolato non varia nel tempo"

    Ragionare su un sistema isolato vuol dire di fatto ragionare su un sistema "adiabatico" che non piò cedere ne prendere energia all'esterno.

    Ora facciamo un esperimento con la mente, proviamo ad immaginare.

    Immaginiamo una massa di gas dentro una struttura (immaginate un palloncino) in grado di isolarla completamente dall'ambiente esterno in modo da non poter cedere energia, ne assorbire energia dall'esterno (per l'appunto un sistema adiabatico).

    Abbiamo un volume "V" / una pressione "P" / una temperatura "T" /ben definiti e di conseguenza una certa quantità di energia "E" / che non può variare (principio di conservazione dell'energia).

    Attenzione pressione e temperatura sono concetti molto simili e di conseguenza legati, la pressione è il numero di scontri tra molecole, la temperatura è l'agitarsi delle molecole.
    Se le molecole si agitano di più vuol dire che si scontreranno di più vice versa il contrario se le molecole si agitano di meno si scontrano di meno.
    Pressione e temperatura quindi sono direttamente proporzionali al crescere di una, cresce anche l'altra e vice versa.

    Torniamo al nostro esperimento.
    Questa energia E di questo sistema adiabatico - è in grado all'interno del volume V / di far muovere le particelle di gas a una certa velocità T (a una certa temperatura) / questo genera un certo numero di scontri molecolari P (una certa pressione).

    Dato che il sistema è adiabatico l'energia non si disperderà - il tutto rimane stabile - Se il sistema non fosse adiabatico cederebbe calore all'esterno e pian piano il sistema rallenterebbe diminuendo pressione e temperatura perché di fatto diminuisce l'energia.

    Se quanto detto finora è chiaro e spero anche logico e condivisibile - immaginiamo di cambiare un fattore.
    Immaginiamo di schioccare le dita e magicamente dimezzare il volume, fermo restando che la quantità di energia cosi come pure il numero di molecole di gas rimangono invariate.

    L'energia non può aumentare (è invariata) e il numero di molecole è il medesimo, ma, il tutto si muove all'interno di un volume più piccolo ergo ci saranno un numero maggiore di scontri tra le molecole (cresce la pressione), e, di conseguenza le molecole saranno più agitate (aumento di temperatura).

    Pressione e temperatura sono aumentati ma l'energia è la medesima - l'aumento è dovuto al fatto che la riduzione del volume ha causato una maggiore agitazione le molecole e un numero di scontri maggiore quindi pressione e temperatura salgono ma l'energia nel sistema è la medesima.

    Facciamo l'esperimento al contrario.
    Dal momento iniziale immaginiamo di non dimezzare il volume ma di raddoppiarlo.
    L'energia rimane la medesima cosi pure il numero di molecole di gas ma queste si muovono in uno spazio maggiore, di conseguenza il numero di scontri diminuirà e con essi diminuisce anche l'agitazione molecolare.
    Di conseguenza cala la temperatura e anche la pressione - ma l'energia è sempre la medesima (sistema adiabatico).

    Fino a qui è tutto chiaro ?

    Riassumendo:
    - Sistema adiabatico non cede e non assorbe energia dall'esterno, la quantità di energia quella è e quella rimane.
    - Temperatura = agitazione molecolare.
    - Pressione = scontri molecolari.
    In un sistema adiabatico aumentare il volume vuol dire far scontrare di meno le molecole e di conseguenza agitarle di meno - ragion per cui all'aumento di volume (fermo restando la medesima energia) si ha una diminuzione di pressione e temperatura.
    In un sistema adiabatico diminuire il volume vuol dire far scontrare di più le molecole e di conseguenza agitarle di più - ragion per cui al diminuire del volume (fermo restando la medesima energia) sia ha un aumento di pressione e temperatura.

    Quello che non riesci a comprendere secondo me, è il fatto che un sistema non è mai adiabatico ma cede e scambia energia continuamente con l'esterno.
    Il sistema può essere adiabatico solo nelle reazioni rapide ma da li a poco tempo ritorna a scambiare energia, calore, pressione.

    Cosi una bombola che viene rapidamente caricata di fatto genera un sistema adiabatico in cui l'agitazione molecolare e gli scontri aumentano, la forza del compressore spingendo le molecole nello spazio della bombola ne aumenta la loro agitazione e il numero di scontri, ergo pressione e temperatura salgono.
    Ma appena finito di caricare con il trascorrere del tempo la bombola inizia a scambiare calore con l'esterno questo fa disperdere l'energia interna, le molecole si agiteranno di meno e di conseguenza si scontrano di meno e quindi scende la temperatura ma anche la pressione.

    Cosi pure quanto apriamo di colpo una bombola carica, rapidamente la massa di gas stabile in pressione dentro la bombola viene proiettata in un volume maggiore, in quei primi momenti la reazione è adiabatica quindi a parità di energia scenderà pressione e temperatura dato che aumenta il volume.
    Ma da li a poco, la reazione inizierà a scambiare calore con l'esterno, e, in questo caso è l'esterno che cederà calore alla massa di gas fuoriuscita dalla bombola, che, rapidamente raffreddatasi (per la reazione iniziale adiabatica) è più fredda quindi non cederà calore - dato che le molecole sono meno agitate ma subiranno l'agitazione delle molecole dell'ambiente esterno, sottraendo ad esse l'energia e aumentando il loro moto.
    Il tutto tenderà sempre a raggiungere un equilibrio con l'ambiente cedendo o prendendo energia.

    Spero di essermi spiegato e di non aver detto cavolate.

    Cordialmente
    Rana

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    • #3
      In modo grossolano: in termodinamica lavoro e calore sono "uguali".
      Quindi in un processo (compressione/espansione) dove la temperatura rimane costante (senza scambio di calore) tutta la variazione di energia avviene tramite apporto o rilascio di lavoro.
      Ultima modifica di zephyr73; 21-02-2019, 15:46.
      Stefan

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      • #4
        Ah che bello! Sono tornato indietro di oltre cinquant'anni

        Se associamo a due processi adiabatici altrettanti processi isotermi arriviamo rapidamente al "ciclo di Carnot" (che dimostra implicitamente che la temperatura dello zero assoluto è irraggiungibile).

        Il nostro egregio RANA ha dato una eccellente risposta alla domanda, solleticando nel contempo il mio spirito OT.

        Oltre mezzo secolo fa tra gli studenti dell'allora biennio di ingegneria girava la barzelletta dello studente che si presentò all'esame di Fisica 1 ed al quale il professore chiese: "Mi parli del ciclo di Carnot". Il nostro studente, rapito da improvviso blackout, non sapeva però come rispondere. Il professore allora tentò di aiutarlo dicendogli: "se non sa descrivermelo provi a disegnarlo".

        Facendo appello alla sua faccia tosta lo studente disegnò un cerchio ed alzò timidamente gli occhi verso il professore che, con sguardo incoraggiante, gli disse: "Bene! Disegni il centro"
        Cosa che lo studente, ringalluzzito da ciò che credeva fosse un successo, fece prontamente.

        Il professore lo guardò e continuò: "Me ne disegni un altro", ed in men che non si dica lo studente eseguì, disegnando, accanto al primo, un secondo cerchio con tanto di centro.

        A questo punto il professore gli chiese di unire i due centri e chiese: "Mi dica cosa ha disegnato".

        Il povero studente rimase (ovviamente) muto; ma con uno smagliante sorriso il professore concluse: "Lei ha disegnato un biciclo di Carnot! - Lo inforchi e se ne vada"


        Scusate per l'OT…...

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        • #5
          Originariamente inviato da RANA Visualizza il messaggio

          ​Ciao Anfibio.

          ​Che bello, un quesito di fisica

          In questo quesito ci sono i gas, le forze, tutti aspetti che ritroviamo nella subacquea e che ci aiutano a capire aspetti che magari diamo per scontato.

          Quindi la prendo come una sfida e provo io a rispondere ai tuoi dubbi con la speranza di non dire o non dirne troppe di sciocchezze, e, se fosse cosi sarò grato a chi vorrà correggere integrare quanto sto per dire

          Definiamo cosa intendiamo con il termine "adiabatico"
          Mi rifaccio a questo link:
          https://www.chimica-online.it/download/adiabatica.htm
          In fisica con il termine "adiabatica", s'intende una trasformazione che avviene senza scambio di calore fra il sistema e l'ambiente (processo adiabatico).

          In poche parole il processo avviene senza che ci sia un apporto di calore o una sottrazione di calore da parte dell'ambiente in cui il processo avviene.

          Ma cos'è il calore ?

          Il calore non è altro che l'agitazione molecolare delle particelle (atomi) che compongono la materia.
          Tanto più queste particelle si agitano velocemente, tanto più il corpo è caldo - tanto più l'agitarsi di queste particelle rallenta tanto più il corpo è freddo.

          Raffreddare un corpo vuol dire rallentare l'agitazione di queste particelle - ma questo processo ha un limite oltre il quale non è possibile andare, questo limite è l'immobilità, quando una particella è ferma non è più possibile rallentarla ulteriormente, in questo caso si è raggiunto lo "zero assoluto" (-273 gradi centigradi).

          Riscaldare un corpo vuol dire agitare il movimento degli atomi, questo processo non ha un limite dato che dipende solo dalla quantità di energia che possiamo fornire all'atomo per muoversi sempre più velocemente.

          Un altro aspetto che dobbiamo considerare è il principio di conservazione dell'energia:
          "questa legge afferma che, sebbene l'energia possa essere trasformata e convertita da una forma all'altra, la quantità totale di essa in un sistema isolato non varia nel tempo"

          Ragionare su un sistema isolato vuol dire di fatto ragionare su un sistema "adiabatico" che non piò cedere ne prendere energia all'esterno.

          Ora facciamo un esperimento con la mente, proviamo ad immaginare.

          Immaginiamo una massa di gas dentro una struttura (immaginate un palloncino) in grado di isolarla completamente dall'ambiente esterno in modo da non poter cedere energia, ne assorbire energia dall'esterno (per l'appunto un sistema adiabatico).

          Abbiamo un volume "V" / una pressione "P" / una temperatura "T" /ben definiti e di conseguenza una certa quantità di energia "E" / che non può variare (principio di conservazione dell'energia).

          Attenzione pressione e temperatura sono concetti molto simili e di conseguenza legati, la pressione è il numero di scontri tra molecole, la temperatura è l'agitarsi delle molecole.
          Se le molecole si agitano di più vuol dire che si scontreranno di più vice versa il contrario se le molecole si agitano di meno si scontrano di meno.
          Pressione e temperatura quindi sono direttamente proporzionali al crescere di una, cresce anche l'altra e vice versa.

          Torniamo al nostro esperimento.
          Questa energia E di questo sistema adiabatico - è in grado all'interno del volume V / di far muovere le particelle di gas a una certa velocità T (a una certa temperatura) / questo genera un certo numero di scontri molecolari P (una certa pressione).

          Dato che il sistema è adiabatico l'energia non si disperderà - il tutto rimane stabile - Se il sistema non fosse adiabatico cederebbe calore all'esterno e pian piano il sistema rallenterebbe diminuendo pressione e temperatura perché di fatto diminuisce l'energia.

          Se quanto detto finora è chiaro e spero anche logico e condivisibile - immaginiamo di cambiare un fattore.
          Immaginiamo di schioccare le dita e magicamente dimezzare il volume, fermo restando che la quantità di energia cosi come pure il numero di molecole di gas rimangono invariate.

          L'energia non può aumentare (è invariata) e il numero di molecole è il medesimo, ma, il tutto si muove all'interno di un volume più piccolo ergo ci saranno un numero maggiore di scontri tra le molecole (cresce la pressione), e, di conseguenza le molecole saranno più agitate (aumento di temperatura).

          Pressione e temperatura sono aumentati ma l'energia è la medesima - l'aumento è dovuto al fatto che la riduzione del volume ha causato una maggiore agitazione le molecole e un numero di scontri maggiore quindi pressione e temperatura salgono ma l'energia nel sistema è la medesima.

          Facciamo l'esperimento al contrario.
          Dal momento iniziale immaginiamo di non dimezzare il volume ma di raddoppiarlo.
          L'energia rimane la medesima cosi pure il numero di molecole di gas ma queste si muovono in uno spazio maggiore, di conseguenza il numero di scontri diminuirà e con essi diminuisce anche l'agitazione molecolare.
          Di conseguenza cala la temperatura e anche la pressione - ma l'energia è sempre la medesima (sistema adiabatico).

          Fino a qui è tutto chiaro ?

          Riassumendo:
          - Sistema adiabatico non cede e non assorbe energia dall'esterno, la quantità di energia quella è e quella rimane.
          - Temperatura = agitazione molecolare.
          - Pressione = scontri molecolari.
          In un sistema adiabatico aumentare il volume vuol dire far scontrare di meno le molecole e di conseguenza agitarle di meno - ragion per cui all'aumento di volume (fermo restando la medesima energia) si ha una diminuzione di pressione e temperatura.
          In un sistema adiabatico diminuire il volume vuol dire far scontrare di più le molecole e di conseguenza agitarle di più - ragion per cui al diminuire del volume (fermo restando la medesima energia) sia ha un aumento di pressione e temperatura.

          Quello che non riesci a comprendere secondo me, è il fatto che un sistema non è mai adiabatico ma cede e scambia energia continuamente con l'esterno.
          Il sistema può essere adiabatico solo nelle reazioni rapide ma da li a poco tempo ritorna a scambiare energia, calore, pressione.

          Cosi una bombola che viene rapidamente caricata di fatto genera un sistema adiabatico in cui l'agitazione molecolare e gli scontri aumentano, la forza del compressore spingendo le molecole nello spazio della bombola ne aumenta la loro agitazione e il numero di scontri, ergo pressione e temperatura salgono.
          Ma appena finito di caricare con il trascorrere del tempo la bombola inizia a scambiare calore con l'esterno questo fa disperdere l'energia interna, le molecole si agiteranno di meno e di conseguenza si scontrano di meno e quindi scende la temperatura ma anche la pressione.

          Cosi pure quanto apriamo di colpo una bombola carica, rapidamente la massa di gas stabile in pressione dentro la bombola viene proiettata in un volume maggiore, in quei primi momenti la reazione è adiabatica quindi a parità di energia scenderà pressione e temperatura dato che aumenta il volume.
          Ma da li a poco, la reazione inizierà a scambiare calore con l'esterno, e, in questo caso è l'esterno che cederà calore alla massa di gas fuoriuscita dalla bombola, che, rapidamente raffreddatasi (per la reazione iniziale adiabatica) è più fredda quindi non cederà calore - dato che le molecole sono meno agitate ma subiranno l'agitazione delle molecole dell'ambiente esterno, sottraendo ad esse l'energia e aumentando il loro moto.
          Il tutto tenderà sempre a raggiungere un equilibrio con l'ambiente cedendo o prendendo energia.

          Spero di essermi spiegato e di non aver detto cavolate.

          Cordialmente
          Rana
          Grazie per le dettagliata spiegazione, io avevo pensato che nel caso della compressione, l'aumento di temperatura avvenisse per una sorta di maggiore attrito tra le molecole gas, essendo appunto più compresse in un volume più piccolo.

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          • #6
            E hai ragione.....risposta semplice e comprensibile.

            Questo è il motivo per cui fino a circa 250bar la compressione ha andamento lineare e dopo invece segue questa formula:

            Volume Aria = Capacità bombola x pressione x Kmole

            dove Kmole è minore di 1 e cala con l’aumento della pressione.

            Questo significa che più compri un gas più è difficile comprimerlo sopra certe pressioni.

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            • #7
              Originariamente inviato da Pablito. Visualizza il messaggio
              .

              Oltre mezzo secolo fa tra gli studenti dell'allora biennio di ingegneria girava la barzelletta dello studente che si presentò all'esame di Fisica 1 ed al quale il professore chiese: "Mi parli del ciclo di Carnot". Il nostro studente, rapito da improvviso blackout, non sapeva però come rispondere. Il professore allora tentò di aiutarlo dicendogli: "se non sa descrivermelo provi a disegnarlo".

              Facendo appello alla sua faccia tosta lo studente disegnò un cerchio ed alzò timidamente gli occhi verso il professore che, con sguardo incoraggiante, gli disse: "Bene! Disegni il centro"
              Cosa che lo studente, ringalluzzito da ciò che credeva fosse un successo, fece prontamente.

              Il professore lo guardò e continuò: "Me ne disegni un altro", ed in men che non si dica lo studente eseguì, disegnando, accanto al primo, un secondo cerchio con tanto di centro.

              A questo punto il professore gli chiese di unire i due centri e chiese: "Mi dica cosa ha disegnato".

              Il povero studente rimase (ovviamente) muto; ma con uno smagliante sorriso il professore concluse: "Lei ha disegnato un biciclo di Carnot! - Lo inforchi e se ne vada"


              Scusate per l'OT…...
              Ti garantisco che questa barzelletta gira ancora...

              come quella del matematico, del fisico e dell´ingegnere chiusi in tre stanze con una montagna di scatolette ma senza apriscatole

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