Une transformation 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 ait aucun transfert de chaleur. Une transformation adiabatique réversible est appelée isentropique.
La transformation adiabatique fournit une base conceptuelle rigoureuse pour la théorie utilisée pour exposer le premier 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, et il est souvent associé à d'autres pour permettre de calculer le comportement du système. Telles hypothèses sont des idéalisations 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.
Pour calculer le travail fourni par le gaz dans une transformation adiabatique il faut calculer l’aire comprise desus la corbe de la transformation dans le diagramme PV entre le volume initiale et finale.
Exemples de transformations adiabatiques
Pour mieux comprendre ce concept, regardons quelques exemples:
Un réfrigérateur
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 des transformations 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 transformation est idéalisé pour être adiabatique.
Chauffage et refroidissement adiabatiques
La loi de Gay-Lussac stipule que la pression d'un volume fixe d'un gaz est directement proportionnelle à sa température.
La compression adiabatique d'un gaz provoque une augmentation de l’énergie interne et 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 une transformation isotherme pour un gaz parfait.
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 parfaits, lorsque la chaleur est ajoutée à volume constant (transformation isochore), l'énergie thermique entre entièrement dans l'augmentation de l'énergie cinétique interne. Si l’échange de chaleur est à pression constante (transformation isobarique), le gaz peut se dilater pendant que la chaleur est ajoutée sans de variation d'énergie interne.
En pratique, aucun transformation n'est vraiment une transformation 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, les transformations réversibles sont approximées en utilisant une hypothèse adiabatique. Il y a toujours une certaine perte de chaleur car il n'y a pas d'isolateurs parfaits.