العملية الاديباتية

العملية الاديباتيكية او العملية الحافظة للحرارة – Adiabatic process ؛ هي عملية ديناميكية حرارية خاصة بالغازات ، لا يتم فيها تبادل حراري ، او انتقال الحرارة من محيط النظام لا من داخله ولا من خارجه ، في أي حال من الأحوال ان كان في حالة التمدد ، او حالة الضغط ، ويتم الحصول على العملية الحافظة للحرارة من خلال إحاطة النظام كله بمادة الدولة للحرارة بطريقة قوية أو حدوث العملية بسرعة ، ويتم معرفة وفهم العملية الاديباتية من خلال

تطبيقات الديناميكا الحرارية في الحياة

.

ويتم تعريف العملية الاديباتية في حالة الغاز المثالي على أنها ، عملية عكسية ذات انتروبيا ثابتة ، ويتم تمثيلها رياضيا كما يلي : ΔQ = 0

وتكون العملية الاديباتية قابلة العكس او لا رجعة فيها ، حيث تخضع لشروط محددة كما يلي :

عزل النظام بطريقة كاملة عن البيئة المحيطة به.
سرعة تنفيذ العملية الاديباتية حتى يكون الوقت كافي من أجل نقل الحرارة. [1]

فالعمليات الاديباتيكية هي العمليات التي تبقى فيها النتيجة الصافية لدرجة الحرارة غير متأثرة ، ولا يعني هذا أن الحرارة لا تنتقل خلال العملية الاديباتية ، حيث أن المقاييس الزمنية الاصغر يمكن أن تكشف عن النقل الدقيق للحرارة من خلال حدود النظام ، والذي بتوازن مع الضغط.

ومن العوامل التي من الممكن أن تؤثر على نتيجة انتقال الحرارة في العملية الاديباتية ، ما يلي :

الاهتمام.
معدل تبديد الحرارة.
مقدار الشغل.

لذلك فإن العملية الاديباتية تقوم على مراقبة عملية نقل الحرارة بشكل كامل بدلا من أجزائها الأصغر.

شرح Adiabatic process

في اسطوانة يتم ضغط الغاز بسرعة فائقة ، وذلك من أجل إمكانية انتاج الحد الأدنى من طاقة النظام ونقله على شكل حرارة ، على مقياس زمن عملية الضغط ، ومع أن جسم الاسطوانات ليس عازلة للحرارة ، ويعتبر من الموصلات الحرارية ، فإن العملية التي تحدث بها ، تعتبر عملية ثابتة.

معادلة عملية Adiabatic

تأتي معادلة العملية الاديباتية الثابتة كما يلي :

PVγ = ثابت

حيث أن P تساوي الضغط – pressure

V تساوي الحجم – volume

Y مؤشر ثابت الحرارة 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 الاديباتي او التمدد الاديباتي ، هو عبارة عن سلوك مثالي لنظام مغلق ، حيث يكون ضغط الهواء ثابت ، ودرجة الحرارة منخفضة.

الضغط الاديباتي

ضغط الهواء الاديباتي ، هو الضغط الذي تؤخذ فيه درجة حرارة الهواء كما هي ؛ اي لا يتم فيه طرح او إضافة حرارة من الهواء ، كما يتم فيه زيادة الطاقة الداخلية للهواء اي ما يعادل الضغط الخارجي على الهواء ، وهنا تتزايد درجة الحرارة أثناء الضغط ، فيكون ضغط الهواء أكبر من حجمه.

التسخين الاديباتي والتبريد الاديباتي

عند ضغط الغاز عن طريق عملية ثابت الحرارة ، فإن درجة حرارة الغاز ترتفع من خلال عملية التسخين الحراري ، إلا أن التمدد الحادث من خلال عمليات ثابت الحرارة ضد ضغط يؤدي إلى انخفاض درجة الحرارة عن طريق 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 نعرض بغض الأمثلة عن العملية الاديباتية ، وثابت الحرارة ، كما يلي :

التوربينات ؛ حيث أن التوربينات تقوم باستخدام الحرارة من كمصدر للعمل ، لذلك فإن أي انخفاض في درجة الحرارة في البيئة المحيطة بها سوف تقلل من كفاءتها.
انتقال الصوت ؛ حيث أن ضغط وتمدد الهواء نتيجة مرور موجة صوتية ، يكون عبارة عن عملية ثابتة الحرارة (اديباتيكية).
المحركات الهوائية ؛ حيث أن الأنابيب التي تقوم بحملة زيت التشحيم محاطة ببيئة درجة حرارتها عالية ، ويتم العمل على جعل المحيط ثابت الحرارة ، حيث أن أي مدخلات حرارية للأنابيب سوف تقوم بتغيير خواص الزيوت المحملة ، وتؤدي إلى تداخلها مع سلوك التشحيم الخاص بها.

وتكون الاستجابة الحرارية في المحركات الهوائية بثوابت الضواغط اسرع بنسبة كبيرة من الاستجابة الحرارية الدورات ، وذلك بسبب أن الدورات تكون أكبر في الحجم.