ההבדל העיקרי בין תהליכים אדיאבטיים ופוליטרופיים הוא שבתהליכים אדיאבטים לא מתרחשת העברת חום ואילו בתהליכים פוליטרופיים מתרחשת העברת חום.
בכימיה, אנו מחלקים את היקום לשני חלקים. החלק שאנו הולכים ללמוד הוא "מערכת", והשאר הוא "הסביבה". מערכת יכולה להיות אורגניזם, כלי תגובה או אפילו תא בודד. אנו יכולים להבחין בין מערכות זו מזו לפי סוג האינטראקציות שיש להן או לפי סוגי ההחלפות המתרחשות. אנו יכולים לסווג מערכות לשתי קבוצות כמערכות פתוחות וסגורות. לפעמים עניינים ואנרגיה יכולים לעבור דרך גבולות המערכת.האנרגיה המוחלפת יכולה ללבוש מספר צורות כמו אנרגיית אור, אנרגיית חום, אנרגיית קול וכו'. אם האנרגיה של מערכת משתנה בגלל הפרש טמפרטורה, אנו אומרים שהייתה זרימת חום. אדיאבטי ופוליטרופי הם שני תהליכים תרמודינמיים הקשורים להעברת חום במערכות.
מה זה אדיאבטי?
שינוי אדיאבטי הוא זה שבו לא מועבר חום לתוך המערכת או ממנה. מגבלת העברת חום זו מתרחשת בעיקר בשתי דרכים. האחת היא באמצעות גבול מבודד תרמי כך ששום חום לא יכול להיכנס או להתקיים. לדוגמה, תגובה שאנו מבצעים בבקבוק דיואר היא אדיאבטית. שנית, תהליך אדיאבטי מתרחש כאשר תהליך מתרחש מהר מאוד; לכן, לא נשאר זמן להעביר חום פנימה והחוצה.
בתרמודינמיקה, אנו יכולים להראות שינויים אדיאבטיים כ-dQ=0 כאשר Q היא אנרגיית חום. במקרים אלה, יש קשר בין לחץ לטמפרטורה. לכן, המערכת משתנה עקב לחץ בתנאים אדיאבטיים.
לדוגמה, חשבו מה קורה בהיווצרות עננים וזרמי הסעה בקנה מידה גדול. בגבהים גבוהים יותר יש לחץ אטמוספרי נמוך יותר. כאשר האוויר מתחמם, הוא נוטה לעלות. מכיוון שלחץ האוויר בחוץ נמוך, חלקת האוויר העולה תנסה להתרחב. כאשר מתרחבים, מולקולות האוויר אכן פועלות, וזה ישנה את הטמפרטורה שלהן. זו הסיבה שהטמפרטורה יורדת בעת העלייה.
איור 01: היווצרות ענן היא דוגמה לתהליך אדיאבטי
לפי התרמודינמיקה, האנרגיה בחבילת האוויר נשארת קבועה, אך ניתן להמיר אותה לצורות אנרגיה שונות (כדי לבצע את עבודת ההרחבה או אולי לשמור על הטמפרטורה שלה). עם זאת, אין חילופי חום עם החוץ. אנחנו יכולים ליישם את אותה תופעה גם על דחיסת אוויר (למשל.למשל, בוכנה). במצב זה, כאשר חבילת האוויר נדחסת הטמפרטורה עולה. תהליכים אלו נקראים חימום וקירור אדיאבטיים.
מה זה פוליטרופי?
תהליך פוליטרופי מתרחש עם העברת חום. עם זאת, העברת החום מתרחשת באופן הפיך בתהליך זה.
איור 02: פריצת בלון בשמש החמה היא דוגמה לתהליך פוליטרופי
כאשר גז עובר סוג זה של העברת חום, המשוואה הבאה נכונה עבור תהליך פוליטרופי.
PVn=קבוע
כאשר P הוא הלחץ, V הוא הנפח ו-n הוא קבוע. מכאן שכדי לשמור על PV קבוע בתהליך התפשטות/דחיסה של גז פוליטרופי, מתרחשים חילופי חום ועבודה בין המערכת לסביבה. לכן, פוליטרופי הוא תהליך לא אדיאבטי.
מה ההבדל בין אדיאבטי לפוליטרופי?
שינוי אדיאבטי הוא זה שבו לא מועבר חום למערכת או החוצה ממנה בזמן שהתהליך הפוליטרופי מתרחש עם העברת חום. מכאן שההבדל העיקרי בין תהליכים אדיאבטים ופוליטרופיים הוא שבתהליכים אדיאבטים לא מתרחשת העברת חום ואילו בתהליכים פוליטרופיים מתרחשת העברת חום. יתרה מכך, המשוואה dQ=0 נכונה לתהליך האדיאבטי ואילו המשוואה PVn=קבוע נכונה לתהליך הפוליטרופי.
סיכום – אדיאבטי לעומת פוליטרופי
תהליך אדיאבטי ופוליטרופי הם שני תהליכים תרמודינמיים חשובים. ההבדל העיקרי בין תהליכים אדיאבטיים ופוליטרופיים הוא שבתהליכים אדיאבטים לא מתרחשת העברת חום ואילו בתהליכים פוליטרופיים מתרחשת העברת חום.
