Proceso adiabático: ¿rápido o lento? [duplicar]

Siempre he usado el proceso adiabático para que sea rápido , de modo que el sistema no tenga suficiente tiempo para intercambiar energía en forma de calor . Pero mientras revisaba el proceso adiabático del libro de Resnick, Halliday y Krane, los autores afirman que:

suponemos que el proceso se va a realizar lentamente , de forma que la presión esté siempre bien definida.

Ahora, esto está completamente desincronizado con lo que ya sé y la mayoría de las búsquedas en la web también están de acuerdo con que el proceso adiabático es rápido .

¿Cuál es la correcta?

Tiene razón en que en termodinámica, proceso adiabático significa un proceso sin transferencia de calor. Sin embargo, en mecánica cuántica, el término "adiabático" generalmente significa isentrópico o cuasi-estático. Su ejemplo también parece usar la palabra "adiabático" en el sentido de proceso isoentrópico (proceso reversible).
@sammygerbil: No creo que la "Posible pregunta duplicada" sea la misma que la mía y las respuestas están adaptadas a esa pregunta en particular.
Por supuesto, se dirigen a esa pregunta en particular ya que no podrían haber predicho su pregunta. Pero la cuestión es la misma: si la velocidad del proceso (cinética) está ligada a su termodinámica.
Estás leyendo demasiado en la preparación de tu texto para el ciclo de Carnot. A menos que la calidad de Halliday & Resnick haya disminuido drásticamente en los últimos 50 años, su edición ciertamente aborda el concepto de la libre expansión de un gas. Este es un proceso adiabático que es la antítesis de un proceso cuasi-estático. Un proceso adiabático puede ser rápido o lento. Todo lo que significa adiabático es que el sistema en cuestión no está intercambiando calor con su entorno externo.

Respuestas (3)

En el lenguaje de la termodinámica, un proceso adiabático es aquel en el que no hay intercambio de calor entre el sistema y su entorno. Una forma de lograr esto es tener un aislamiento perfecto entre el sistema y el entorno (conductividad térmica cero). En este caso, no importa qué tan rápido se lleve a cabo el proceso; la transferencia de calor entre los alrededores y el sistema Q es cero. Otra forma de lograr esto en un sistema que no está perfectamente aislado es llevar a cabo primero cualquier deformación (expansión/compresión) que ocurra durante el proceso muy rápidamente, por lo que no hay tiempo suficiente para que se transfiera una cantidad significativa de calor. Sin embargo, en este caso, si se supone que el estado final del sistema es un estado de equilibrio termodinámico, se debe colocar el aislamiento después de que se complete la deformación,

En resumen, el término proceso adiabático no tiene nada que ver con si el proceso es reversible o irreversible, rápido o lento. Simplemente significa que, durante el proceso, la transferencia de calor hacia o desde el sistema es insignificante.

byjus.com/jee-questions/is-adiabatic-process-slow-or-fast han pegado aproximadamente su respuesta

Tal vez en la práctica los procesos adiabáticos (aproximados) se lleven a cabo rápido para hacerlos lo más adiabáticos posible, pero en teoría se podría tener un sistema aislado donde se conserve la energía, lo cual es útil cuando se quiere que la presión esté bien definida veces.

Sin embargo, puede asumir que cualquier proceso en un libro teórico se lleva a cabo lentamente, porque se supone que la mayoría de ellos son reversibles.

Por lo general, la definición de proceso adiabático es que no hay transferencia de calor o materia entre el sistema y los alrededores. Esta definición no es del todo correcta.

Tomemos un cilindro dividido por un pistón. Hay un gas en la mitad de ella. Ahora mueves el pistón muy, muy rápido, para que el gas pueda llenar todo el volumen del cilindro. Ha movido el pistón casi instantáneamente, mucho más rápido que la velocidad de las moléculas de gas. Aunque no hubo intercambio de masa o calor con el entorno, este no es un proceso adiabático. Si las moléculas de gas se reparten por todo el volumen disponible, la energía total de las moléculas no cambiaría, por lo que la temperatura del gas no cambiaría, etc.

La fórmula habitual del proceso adiabático se obtiene asumiendo que los parámetros del sistema cambian muy lentamente en comparación con la velocidad de las moléculas en el sistema.

En la práctica, cuando se trata de gases reales, esta suposición suele ser válida. La velocidad de las moléculas es de aproximadamente kilómetros por segundo, ningún pistón se mueve tan rápido. Pero hay algunas fugas de calor. Y cuanto más lento es el proceso, mayor es la influencia de las fugas de calor.

Entonces, el proceso adiabático es un proceso lo suficientemente lento (en comparación con la velocidad de las partículas en el sistema) y lo suficientemente rápido como para que la influencia de las fugas de calor no sea significativa.

Los físicos teóricos suelen tener que preocuparse por la primera parte de esta definición ("¿no se dice que el sistema está aislado?")

Los físicos experimentales generalmente solo tienen que preocuparse por la segunda parte.

ACTUALIZAR para evitar (o agregar) alguna confusión.

Parece que hay diferentes definiciones de proceso "adiabático". Según uno de ellos, la expansión del gas descrita anteriormente se llama adiabática.

Pero ninguna de las definiciones dice que el proceso adiabático tiene que ser rápido . Hacer que el proceso sea rápido es solo un truco experimental necesario para reducir la influencia de las fugas de calor.

¿Sería correcto decir que un proceso adiabático es lo suficientemente "rápido" como para que no haya intercambio de calor con el medio ambiente y lo suficientemente "lento" como para que el cambio de presión interna sea suave y bien definido?
@Global Creo que es correcto. Una nota más: creo que la parte "lenta" de la definición es mucho más importante para comprender el proceso adiabático. La parte "rápida" solo se requiere si/cuando el sistema está aislado no lo suficientemente bien.
Re Aunque no hubo intercambio de masa o calor con el entorno, este no es un proceso adiabático. Esto es completamente incorrecto. En el límite de reemplazar su pistón con una válvula que se abre rápidamente, el proceso que describió representa la expansión libre de un gas. Este es el ejemplo canónico de un proceso adiabático irreversible.
@DavidHammen Entiendo tu punto. Aparentemente, existen diferentes definiciones de "adiabático", o al menos diferentes prácticas para usar este término. Cuando dicen "fórmula del proceso adiabático" se refieren a un proceso reversible. De nuevo, hay "invariantes adiabáticas". Parece que leemos libros diferentes. Pero puede ser que tenga razón y mi respuesta requiere enmienda.
@DavidHammen Esta respuesta es completamente correcta, simplemente está usando una definición diferente de adiabático. Un proceso adiabático también se puede definir como aquel en el que Δ S = 0 , que es más restrictivo que simplemente Δ q = 0 . Esta es la definición adecuada, ya que coincide con la forma en que se usa en el teorema adiabático, invariantes adiabáticos, etc.
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