Adiabatisch vs. Isentropisch: Unterschied und Vergleich

Die Grundprinzipien der Thermodynamik fassen die Art der Energieübertragung zwischen zwei Einheiten zusammen. Es gibt mehrere Prozesse, durch die die besagte Energieübertragung stattfindet, und diese verschiedenen Prozesse werden thermodynamische Prozesse genannt.

Sie werden als Funktionen von Druck und Volumen oder Temperatur und Entropie dargestellt. Adiabatische und isentropische Prozesse sind zwei solcher Prozesse.

Key Take Away

1. Der adiabatische Prozess bezieht sich auf einen thermodynamischen Prozess, bei dem keine Wärme in das System eintritt oder es verlässt, während sich der isentrope Prozess auf einen thermodynamischen Prozess ohne Entropieänderung bezieht.
2. Der adiabatische Prozess kann entweder reversibel oder irreversibel sein, während der isentrope Prozess immer reversibel ist.
3. Beim adiabatischen Prozess kann sich die Temperatur ändern, während die innere Energie konstant bleibt, während beim isentropischen Prozess sowohl die Temperatur als auch die innere Energie konstant bleiben.

Adiabat gegen Isentrop

Adiabatische Prozesse beziehen sich auf Temperatur- und Druckänderungen, die ohne Wärme- oder Stoffaustausch ablaufen. Isentrope Prozesse beziehen sich auf Temperatur- und Druckänderungen, die ohne Änderung der Entropie auftreten. Adiabatische Prozesse können isentrop sein, aber nicht alle adiabatischen Prozesse sind isentrop.

Adiabatisch bedeutet keine Wärmeübertragung, dh bei der Energieübertragung geht weder Wärme verloren noch wird sie gewonnen. Es handelt sich also um ein wärmegedämmtes System. Es stellt einen idealen Energieübertragungsprozess dar.

Sie kann reversibel (die gesamte innere Energie bleibt unverändert) oder irreversibel (die gesamte innere Energie verändert sich) sein. Bei einem adiabatischen Prozess ist der gesamte Wärmeaustausch zwischen dem System und seiner Umgebung Null.

Folglich ist die geleistete Arbeit die einzige Variable, die die Änderung der inneren Energie des Systems beeinflusst.

Isentropisch bezeichnet einen idealisierten adiabatischen Prozess, der reversibel ist und keine Entropieänderung erfährt. Sowohl isentrope Prozesse als auch adiabatische reversible Prozesse sind Arten polytroper Prozesse.

Polytrope Prozesse sind solche, die der PV gehorchenⁿ = C.

In diesem Fall steht P für den Druck, V für das Volumen, n für den Polytropenindex und C für eine Konstante. Adiabatische Prozesse treten in einem streng thermisch isolierten System auf, während isentrope Prozesse dies möglicherweise nicht tun.

Vergleichstabelle

Vergleichsparameter	Adiabatisch	Isentropisch
Grundlegende Bedingungen	– Perfekt isoliertes System – Schneller Prozess zur Erleichterung der Wärmeübertragung	– Die Entropie muss konstant bleiben - Umkehrbar
Ideale Gasbeziehung	Reversibel: PVn = Konstante Irreversibel: dU = -P(ext)dV (Funktion der Änderung der inneren Energie, des Drucks und des Volumens)	PVn ist immer eine Konstante
Gesamte innere Energie (U = Q + W)	Innere Energie ist gleich der geleisteten Arbeit, da das System thermisch isoliert ist (Q = 0)	Die innere Energie ist gleich der Summe aus der zugeführten äußeren Wärme und der verrichteten Arbeit.
Entropieänderung (ΔS)	Reversibel – Keine Entropieänderung Irreversible – Die Entropieänderung wird als Funktion der Nettowärmeübertragung und der Temperatur des Systems dargestellt.	Die Entropie bleibt unverändert.
Mögliche Anwendungsfälle	Das meteorologische Phänomen der Hitzeexplosion.	Turbines

Was ist adiabat?

Es gibt zwei Arten von adiabatischen Prozessen: adiabatische Expansion und adiabatische Kompression. Bei der adiabatischen Expansion eines idealen Gases arbeitet das ideale Gas im System und daher sinkt die Temperatur des Systems.

Aufgrund des Temperaturabfalls handelt es sich um eine adiabatische Abkühlung. Im Gegensatz dazu wird bei der adiabatischen Kompression eines idealen Gases in einer thermisch isolierten Umgebung Arbeit an dem System verrichtet, das das Gas enthält.

Dadurch steigt die Temperatur des Gases. Dies führt zu einer sogenannten adiabatischen Erwärmung.

Folglich werden diese Eigenschaften in konkreten realen Anwendungen genutzt. Beispielsweise werden Expansionseigenschaften in Kühltürmen und Kompressionseigenschaften in eingesetzt Diesel Motoren.

Was ist Isentrop?

Wie der Begriff schon sagt, ist ein isentropischer Prozess ein Prozess, bei dem es keinen Nettowärmeaustausch gibt und, was noch wichtiger ist, die Entropie des Systems eine Konstante ist. Bei reversiblen adiabatischen Prozessen ist die Entropieänderung null.

Daher sind alle reversiblen adiabatischen Prozesse auch isentrope Prozesse. Das Umgekehrte ist in diesem Fall jedoch nicht immer impliziert.

Es gibt isentrope Prozesse, die nicht adiabat sind. Der entscheidende Punkt bei isentropen Prozessen ist, dass die Entropieänderung nicht auftritt.

Das System kann positiver Entropie und gleicher und entgegengesetzter negativer Entropie unterliegen. In einem solchen Fall bleibt die Netto-Entropieänderung Null, da sich die beiden Entropiewerte ausgleichen.

Ein solches System ist nicht adiabat (da es sich nicht um ein thermisch isoliertes System handelt), sondern isentrop. Die meisten isentropen Systeme sind auch hauptsächlich durch das Fehlen von Reibung gekennzeichnet.

Dieser Mangel an Reibung macht den Prozess reversibel und zu einem idealisierten adiabatischen Prozess.

Hauptunterschiede zwischen adiabat und isentrop

1. Ein adiabatischer Prozess tritt immer in einem thermisch isolierten System auf, ein isentroper jedoch nicht.
2. Die Nettoänderung der Entropie kann in einem adiabatischen Prozess auftreten, bei dem sie irreversibel wäre. Ein isentropischer Prozess kann keine Entropieänderung aufnehmen.
3. Wenn ein adiabatischer Prozess reversibel ist, ist er isentrop. Eine Isentrope ist jedoch nicht immer ein reversibler adiabatischer Prozess. Ein Prozess, der die wesentlichen Bedingungen der Nettoentropie einhält, kann auch isentrop sein.
4. Für einen adiabatischen Prozess muss das Gleichgewicht keine Konstante sein, während das Gleichgewicht für einen isentropen Prozess immer eine Konstante ist.
5. Bei einem adiabatischen Prozess entspricht die innere Nettoenergie der verrichteten Arbeit. Dies muss jedoch bei einem isentropen Prozess nicht unbedingt der Fall sein.
6. Nur wenn der Prozess reversibel und adiabatisch ist, können wir ihn als isentrop betrachten. Es gibt reale Szenarien, wie im Fall einer tatsächlichen Kompressor, wobei davon ausgegangen werden kann, dass es adiabatisch ist, aber aufgrund von Änderungen der Systembedingungen Verluste erleidet. Aufgrund dieser Verluste wird die Kompression irreversibel. Somit ist die Kompression nicht isentrop.

Bibliographie

1. https://sci-hub.se/https://aapt.scitation.org/doi/abs/10.1119/1.197364
2. http://www.asimow.com/reprints/PhilTrans_355_255.pdf
3. http://www.mhtl.uwaterloo.ca/courses/me354/lectures/pdffiles/ch2.pdf

Letzte Aktualisierung: 11. Juni 2023