Proceso adiabático En termodinámica se designa como proceso adiabático a aquél en el cual el sistema (generalmente, un fluido que realiza un trabajo) no intercambia calor con su entorno. Un proceso adiabático que es además reversible se conoce como proceso isoentrópico. El extremo opuesto, en el que tiene lugar la máxima transferencia de calor, causando que la temperatura permanezca constante, se denomina proceso isotérmico. El término adiabático hace referencia a elementos que impiden la transferencia de calor con el entorno. Una pared aislada se aproxima bastante a un límite adiabático. Otro ejemplo es la temperatura adiabática de llama, que es la temperatura que podría alcanzar una llama si no hubiera pérdida de calor hacia el entorno. En climatización los procesos de humectación (aporte de vapor de agua) son adiabáticos, puesto que no hay transferencia de calor, a pesar que se consiga variar la temperatura del aire y su humedad relativa. El calentamiento y enfriamiento adiabático son procesos que comúnmente ocurren debido al cambio en la presión de un gas. Esto puede ser cuantificado usando la ley de los gases ideales. En otras palabras se considera proceso adiabático a un sistema especial en el cual no se pierde ni tampoco se gana energía calorífica. Esto viene definido según la primera ley de termodinámica describiendo que Q=0 Si se relaciona el tema del proceso adiabático con las ondas, se debe tener en cuenta que el proceso o carácter adiabático solo se produce en las ondas longitudinales Índice 1 Formulación matemática o 1.1 Derivación de la fórmula 2 Representación gráfica de las curvas adiabáticas 3 Enfriamiento adiabático del aire 4 Procesos adiabáticos en mecánica cuántica 5 Véase también Formulación matemática Durante un proceso adiabático, la energía interna del fluido que realiza el trabajo debe necesariamente decrecer. Esquema de una expansión adiabática. La ecuación matemática que describe un proceso adiabático en un gas es donde P es la presión del gas, V su volumen y el coeficiente adiabático, siendo el calor específico molar a presión constante y el calor específico molar a volumen constante. Para un gas monoatómico ideal, . Para un gas diatómico (como el nitrógeno o el oxígeno, los principales componentes del aire) Derivación de la fórmula La definición de un proceso adiabático es que la transferencia de calor del sistema es cero, . Por lo que de acuerdo con el primer principio de la termodinámica, donde U es la energía interna del sistema y W es el trabajo realizado por el sistema. Cualquier trabajo (W) realizado debe ser realizado a expensas de la energía U, mientras que no haya sido suministrado calor Q desde el exterior. El trabajo W realizado por el sistema se define como Sin embargo, P no permanece constante durante el proceso adiabático sino que por el contrario cambia junto con V. Deseamos conocer cómo los valores de y se relacionan entre sí durante el proceso adiabático. Para ello asumiremos que el sistema es una gas monoatómico, por lo que donde R es la constante universal de los gases. Dado y entonces y Ahora sustituyendo las ecuaciones (2) y (3) en la ecuación (1) obtenemos simplificando dividiendo ambos lados de la igualdad entre PV Aplicando las normas del cálculo diferencial obtenemos que que se puede expresar como Para ciertas constantes y del estado inicial. Entonces elevando al exponente ambos lados de la igualdad eliminando el signo menos por lo tanto y Representación gráfica de las curvas adiabáticas Las propiedades de las curvas adiabáticas en un diagrama P-V son las siguientes: 1. Cada adiabática se aproxima asintóticamente a ambos ejes del diagrama P-V (al igual que las isotermas). 2. Cada adiabática se interseca con cada isoterma en un solo punto. 3. Una curva adiabática se parece a una isoterma, excepto que durante una expansión, una adiabática pierde más presión que una isoterma, por lo que inclinación es mayor (es más vertical). 4. Si las isotermas son cóncavas hacia la dirección "noreste" (45°), entonces las adiabáticas son cóncavas hacia la dirección "este noreste" (31°). 5. Si adiabáticas e isotermas se dibujan separadamente con cambios regulares en la entropía y temperatura, entonces a medida que nos alejamos de los ejes (en dirección noreste), parece que la densidad de las isotermas permanece constante, pero la densidad de las adiabáticas disminuye. La excepción se encuentra muy cerca del cero absoluto, donde la densidad de las adiabáticas cae fuertemente y se hacen muy raras (Véase también: Teorema de Nernst). Enfriamiento adiabático del aire Existen, tres relaciones en el enfriamiento adiabático del aire: 1. La relación ambiente de la atmósfera, que es la proporción a la que el aire se enfría a medida que se gana altitud. 2. La tasa seca adiabática, es de unos -1° por cada 100 metros de subida. 3. La tasa húmeda adiabática, es de unos -0,6° - 0,3º por cada 100 metros de subida. La primera relación se usa para describir la temperatura del aire circundante a través del cual está pasando el aire ascendente. La segunda y tercera proporción son las referencias para una masa de aire que está ascendiendo en la atmósfera. La tasa seca adiabática se aplica a aire que está por debajo del punto de rocío, por ejemplo si no está saturado de vapor de agua, mientras que la tasa húmeda adiabática se aplica a aire que ha alcanzado su punto de rocío. El enfriamiento adiabático es una causa común de la formación de nubes. El enfriamiento adiabático no tiene por qué involucrar a un fluido. Una técnica usada para alcanzar muy bajas temperaturas (milésimas o millonésimas de grado sobre el cero absoluto) es la desmagnetización adiabática, donde el cambio en un campo magnético en un material magnético es usado para conseguir un enfriamiento adiabático. Procesos adiabáticos en mecánica cuántica Véase también: Teorema adiabático En mecánica cuántica una transformación adiabática es un cambio lento en el Hamiltoniano cuántico que describe el sistema y que resulta en un cambio de los valores propios del Hamiltoniano pero si de sus estados propios, lo que se conoce como cruce evitado. Por ejemplo, si un sistema comienza en su estado fundamental permanecerá en el estado fundamental a pesar de que las propiedades de este estado pueden cambiar. Si en tal proceso se produce un cambio cualitativo en las propiedades del estado fundamental, como por ejemplo un cambio de spin la transformación se denomina transición de fase cuántica. Las transiciones de este tipo son transiciones de fase prohibidas por la mecánica clásica.