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Qu'est-ce qu'un processus adiabatique ?

Un processus adiabatique est un processus thermodynamique dans lequel le système n'échange pas de chaleur avec son environnement. C'est à dire, il faut qu'il n'y aie aucun transfet de chaleur. Un processus adiabatique réversible est appelé isentropique.

Qu'est-ce qu'un processus adiabatique ?

Le processus adiabatique fournit une base conceptuelle rigoureuse pour la théorie utilisée pour exposer la première principe de la thermodynamique.

Le terme adiabatique fait référence aux éléments qui empêchent le transfert de chaleur avec l'environnement. Un mur isolé est assez proche d'une limite adiabatique. D'où le terme de paroi adiabatique.

Une transformation adiabatique est un processus qui n'implique pas de transfert de chaleur ou de matière à l'intérieur ou à l'extérieur d'un système physique. Il serait isolé de manière adiabatique. L'hypothèse selon laquelle un processus est adiabatique est une hypothèse simplificatrice fréquemment émise.

L'hypothèse d'isolement adiabatique d'un système est utile. Il est souvent associé à d'autres pour permettre de calculer le comportement du système. De telles hypothèses sont des idéalisations, elles sont approximatives, mais elles ne sont pas réelles.

Le comportement des machines réelles s'écarte de ces idéalisations. L'hypothèse d'un tel comportement parfait fournit une première approximation utile du fonctionnement du monde réel.

Exemples de processus adiabatiques

Pour mieux comprendre ce concept, regardons quelques exemples:

Un réfrigérateur est-il un système adiabatique?

Un réfrigérateur qui fonctionne n'est pas un processus adiabatique. Cependant, lorsque le moteur est arrêté, il agit comme un système adiabatique.

Lorsque le moteur du réfrigérateur tourne, il transfère la chaleur de l'intérieur vers l'extérieur. Mais sans le moteur, les parois empêchent le transfert de chaleur car il est isolé thermiquement.

Cycles de moteurs thermiques

Une partie des cycles du moteur thermique est constituée de processus adiabatiques. 

Dans cet exemple, nous supposons que le piston-cylindre est notre système thermodynamique.

On suppose que la compression d'un gaz à l'intérieur d'un cylindre d'un moteur thermique se produit si rapidement. Pour cette raison, il est considéré comme quasi-statique. Cela signifie que seule une petite partie de l'énergie du système physique peut être transférée sous forme de chaleur au système et le milieu extérieur.

Bien que les cylindres des moteurs thermiques ne soient pas isolés et assez conducteurs, ce processus est idéal pour être adiabatique. Pendant la compression et la détente adiabatique, il y a une variation de la température qui augmente.

Pour le processus d'expansion d'un tel système physique en raison du travail effectué par le gaz arrive la même chose. Lors de l'expansion d'un gaz idéal, la température du gaz diminue. Dans ce processus, l'énergie est libérée sous forme de travail.

Ce processus est idéalisé pour être adiabatique.

Chauffage et refroidissement adiabatiques

La compression adiabatique d'un gaz provoque une augmentation de la température du gaz. L'expansion adiabatique contre la pression, ou un ressort, provoque une baisse de température. En revanche, la libre expansion est un processus isotherme pour un gaz idéal.

Ces changements de température peuvent être quantifiés en utilisant la loi des gaz parfaits ou l'équation hydrostatique pour les processus atmosphériques.

Selon la loi des gaz idéaux, lorsque la chaleur est ajoutée à volume constant, l' énergie thermique entre entièrement dans l'augmentation de l' énergie cinétique interne. Si la chaleur est ajoutée à pression constante, le gaz peut se dilater pendant que la chaleur est ajoutée. Le gaz ne fonctionne sur l'expansion du système.

En pratique, aucun processus n'est vraiment un processus adiabatique. De nombreux processus dépendent d'une grande différence dans les échelles de temps du processus d'intérêt. Ils dépendent également du taux de dissipation de l' énergie thermique à travers les limites d'un système.

Par conséquent, ils sont approximés en utilisant une hypothèse adiabatique. Il y a toujours une certaine perte de chaleur car il n'y a pas d'isolateurs parfaits.

Chauffage adiabatique

Le chauffage dans un état appelé adiabatique se produit lorsque la pression d'un gaz est augmentée par le travail effectué sur celui-ci. Un exemple de chauffage adiabatique est celui d'un piston de moteur thermique qui comprime un gaz contenu dans un cylindre. La compression des gaz entraîne une élévation de température. Dans de nombreuses situations pratiques, la conduction de chaleur est supposée nulle.

Cette caractéristique a une application pratique dans les moteurs thermiques diesel.

Refroidissement adiabatique

Le refroidissement adiabatique se produit lorsque la pression sur un système isolé adiabatiquement diminue, lui permettant de se dilater. Cette extension le fait fonctionner dans votre environnement. Lorsque la pression appliquée à un coussin d'air est réduite, l'air contenu dans le coussin peut se dilater. À mesure que le volume augmente, la température diminue à mesure que son énergie interne diminue.

Le refroidissement adiabatique ne nécessite pas de fluide. Une technique utilisée pour atteindre des températures très basses est la démagnétisation adiabatique. Dans la démagnétisation adiabatique, le changement du champ magnétique d'un matériau magnétique est utilisé pour fournir un refroidissement adiabatique. De plus, le contenu d'un univers en expansion peut être décrit (de premier ordre) comme un fluide de refroidissement adiabatique.

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Date de publication : 19 mars 2018
Dernier examen : 28 juin 2020