عملية متساوي الحرارة مقابل عملية أدياباتيك: الفرق والمقارنة

الوجبات السريعة الرئيسية

1. العملية متساوية الحرارة هي عملية ديناميكية حرارية تظل فيها درجة حرارة النظام ثابتة.
2. العملية الأدياباتيكية هي عملية ديناميكية حرارية لا يتم فيها نقل الحرارة إلى داخل النظام أو خارجه.
3. تعتبر العمليات متساوية الحرارة أكثر كفاءة لبعض التطبيقات مثل التبادل الحراري لأنها تحافظ على درجة حرارة ثابتة. في المقابل، تستخدم المحركات والضواغط العملية الأدياباتيكية لزيادة إنتاجية العمل إلى الحد الأقصى.

ما هي عملية متساوي الحرارة؟

العملية متساوية الحرارة هي عملية ديناميكية حرارية تظل فيها درجة حرارة النظام ثابتة. وهذا يعني أن الطاقة الداخلية للنظام تظل ثابتة، وأي حرارة تضاف أو تتم إزالتها من النظام تكون متوازنة تمامًا من خلال العمل الذي يتم إنجازه بواسطة النظام أو عليه.

السمة الحاسمة للعملية متساوية الحرارة هي أنه مع زيادة حجم الغاز، ينخفض ​​الضغط، والعكس بالعكس. وعلى النقيض من ذلك، يظل حاصل ضرب الحجم والضغط ثابتًا.

خلال عملية متساوية الحرارة، يتم استخدام قانون الغاز المثالي لوصف سلوك الغاز. أحد التطبيقات العملية لعملية متساوية الحرارة هو تشغيل مبادل حراري. تضمن العملية بقاء درجة الحرارة ثابتة، مما يسمح بنقل الحرارة بكفاءة بين سائلين.

ما هي العملية الأديباتية؟

العملية الأدياباتيكية هي عملية ديناميكية حرارية لا يتم فيها نقل الحرارة إلى النظام أو خارجه. وبعبارة أخرى، فإن النظام معزول حراريا عن محيطه. أثناء عملية كظم الحرارة، يكون تغير الطاقة الداخلية للنظام ناتجًا فقط عن العمل المنجز أو عن طريق النظام.

السمة الأساسية للعملية الأديباتية هي التغير السريع في درجة الحرارة والضغط. عندما يتم ضغط الغاز بشكل ثابت الحرارة، تزداد درجة حرارته وضغطه.

تتم مواجهة العمليات الأدياباتيكية بشكل شائع في العديد من التطبيقات الهندسية، بما في ذلك ضغط الغازات في المحركات والضواغط. على سبيل المثال، في محركات الاحتراق الداخلي، تكون شوط الانضغاط ثابت الحرارة، مما يؤدي إلى زيادة سريعة في درجة الحرارة وتعزيز الكفاءة.

الفرق بين عملية متساوي الحرارة وعملية أدياباتيك

1. في عملية متساوية الحرارة، تظل درجة الحرارة ثابتة، ويتم إضافة الحرارة أو إزالتها للحفاظ على الضغط المستمر. في المقابل، لا يوجد انتقال للحرارة في العملية الأديباتية، مما يؤدي إلى تغيرات سريعة في درجات الحرارة.
2. في العملية متساوية الحرارة، يتم بذل الشغل أثناء تمدد الغاز أو ضغطه، لكن إجمالي الطاقة الداخلية للغاز تظل ثابتة. في المقابل، يتم العمل في عملية ثابتة الحرارة وتتغير الطاقة الداخلية للغاز بسبب تغيرات درجات الحرارة.
3. تعتبر العمليات متساوية الحرارة أكثر كفاءة لبعض التطبيقات مثل التبادل الحراري لأنها تحافظ على درجة حرارة ثابتة. في المقابل، تستخدم المحركات والضواغط العملية الأدياباتيكية لزيادة إنتاجية العمل إلى الحد الأقصى.
4. تُستخدم العمليات متساوية الحرارة في التبريد والمبادلات الحرارية وأنظمة تكييف الهواء حيث يكون التحكم في درجة الحرارة أمرًا بالغ الأهمية. في المقابل، يتم استخدام العمليات الأدياباتيكية في محركات الاحتراق الداخلي، والضواغط، والأرصاد الجوية لشرح سلوك الكتل الهوائية الصاعدة والهابطة في الغلاف الجوي.
5. تعتبر العمليات متساوية الحرارة أكثر قابلية للعكس لأنها تحدث ببطء وتحافظ على ضغط ثابت، في حين أن العمليات الأدياباتيكية يمكن أن تكون أقل قابلية للعكس بسبب التغيرات السريعة في درجات الحرارة.

مقارنة بين العمليات متساوية الحرارة والعمليات الأدياباتيكية

المعلمات	عملية متساوية الحرارة	عملية ثابت الحرارة
درجة الحرارة	يبقى ثابتًا مع إضافة الحرارة أو إزالتها	تتغير درجة الحرارة بسرعة حيث لا يوجد نقل للحرارة
انتهى العمل	أثناء توسيع أو ضغط الغاز	تتغير الطاقة الداخلية للغاز بسبب تغيرات درجات الحرارة
الكفاءة	لبعض التطبيقات مثل التبادل الحراري	يستخدم في المحركات والضواغط لتعظيم مخرجات العمل
استخدم حالات	يستخدم في التبريد والمبادلات الحرارية وتكييف الهواء	يعمل في محركات الاحتراق الداخلي والضواغط والأرصاد الجوية
مقلوبية	فهي أكثر قابلية للعكس لأنها تحافظ على ضغط ثابت	أقل قابلية للانعكاس بسبب التغيرات في درجات الحرارة

مراجع حسابات

1. https://aapt.scitation.org/doi/pdf/10.1119/1.2344391
2. https://iopscience.iop.org/article/10.1086/313093/meta