Compression adiabatique est un processus thermodynamique, où l'énergie interne du système augmente en raison de l'augmentation de la température.
Compression adiabatique se caractérise par un transfert de chaleur nul entre le système et l'environnement. L'augmentation de la température pendant la compression adiabatique conduit à une augmentation de la pression qui est normalement observée comme étant beaucoup plus raide que la vitesse de diminution du volume.
Un processus adiabatique peut être défini par l'expression :
PVꝩ = Constante
Où,
P= Pression du système
V : Volume du système
ꝩ = Rapport de la chaleur spécifique du gaz (Cp/Cv)
Ici, Cp est la chaleur spécifique dans des conditions de pression constante et Cv est la chaleur spécifique dans des conditions de volume constant. Dans l'équation ci-dessus, on considère que le système est parfaitement isolé de l'environnement tel que dQ=0, ou qu'aucun transfert de chaleur n'ait lieu avec l'environnement. L'autre hypothèse des expressions ci-dessus est que le gaz doit être un gaz parfait (facteur de compressibilité =1)
En fonctionnement pratique, le comportement idéal se manifeste par peu de gaz ou de composition de gaz. De plus, il y a toujours une perte de chaleur vers l'environnement lorsqu'un travail PV est effectué par un système. Cependant, à toutes fins pratiques, la plupart des gaz présentent un comportement proche de l'idéal à pression et température au-dessus de leur point d'ébullition. Dans ces conditions, les collisions entre les gaz sont parfaitement élastiques et les forces intermoléculaires entre les atomes en collision sont quasiment inexistantes.
Image | : collision élastique
La source: https://www.nuclear-power.com/nuclear-engineering/thermodynamics/ideal-gas-law/what-is-ideal-gas/
Une autre pratique un exemple de processus adiabatique est la turbine à gaz opération, où le processus de changement est très raid. Dans ces processus, la perte de chaleur se produit mais la quantité est assez faible par rapport à la chaleur transférée dans le processus, ce qui la rend insignifiante. Un autre exemple d'un processus adiabatique est la compression et les courses de détente d'un moteur à combustion interne.
PV diagramme de coups dans un moteur à combustion
Source de l'image: https://engineeringinsider.org/adiabatic-process-types/
Qu'est-ce que la compression adiabatique ?
En thermodynamique, un processus adiabatique est caractérisé par dQ=0, où Q est le cœur transféré avec l'environnement.
La compression adiabatique est un processus dans lequel le travail PV effectué est négatif et entraîne une augmentation de la température du système. Cette élévation de température augmente l'énergie interne du système.
La compression adiabatique suppose une isolation parfaite, ce qui est purement théorique. L'hypothèse adiabatique peut cependant être faite en toute sécurité par les ingénieurs à toutes fins pratiques dans des procédés qui sont assez bien isolés ou qui sont très rapides.
Compression adiabatique comment ça marche ?
La compression adiabatique fonctionne sur les mêmes principes que celle de la première loi de la thermodynamique.
La première loi de la thermodynamique stipule que
dQ = dU + dW
In compression adiabatique, puisque le transfert de chaleur avec l'environnement est nul, l'équation ci-dessus peut s'écrire sous la forme :
dU= -PdV
Ce qui précède implique que l'augmentation de l'énergie interne correspond à la diminution du volume. L'augmentation de l'énergie interne est indiquée par l'augmentation de la température du système.
PV Schéma d'un processus adiabatique
La source: https://engineeringinsider.org/adiabatic-process-types/
La compression est-elle toujours adiabatique ?
La compression est effectuée pour les fluides compressibles, qui sont essentiellement du gaz et se produit par différentes voies thermodynamiques.
Le processus de compression de gaz peut être de trois types thermodynamiquement : – Compression isotherme, adiabatique et polytrope. Tous ces différents types de compressions peuvent conduire à des conditions terminales différentes pour la même quantité de travail effectué.
Compression isotherme : Comme son nom l'indique, ce type de compression se produit à température constante. Ceci est réalisé en fournissant du liquide de refroidissement chemisé sur le corps du compresseur et/ou en fournissant un refroidissement entre les étages. Cependant, dans les applications pratiques, une compression isotherme complète est très difficile à réaliser. Une compression proche de l'isotherme peut être obtenue en laissant le processus de compression se dérouler à un rythme très lent avec suffisamment de temps pour éliminer la chaleur générée dans le processus. La compression isotherme est donnée par l'expression
PV= constante
Compression adiabatique : Ce type de compression nécessite que la compression soit effectuée sans perte ni gain de chaleur de l'environnement. Un système parfaitement isolé est nécessaire pour obtenir la même chose. Une autre méthode pour atteindre compression adiabatique consiste à effectuer la compression à un rythme très rapide, de sorte qu'aucun temps n'est prévu pour le transfert de chaleur du système vers l'environnement. La compression adiabatique est donnée par l'expression :
PVꝩ= constante, où est le rapport des chaleurs spécifiques du gaz comprimé.
Compression polytropique : La compression polytropique définit les processus de compression réels qui se déroulent dans les systèmes de compression réels tels que ceux d'un compresseur à gaz. UN processus de compression polytropique est donné par l'expression :
PVn = Constante, où n varie de 1 à 1.4
Formule de compression adiabatique
La formule de compression adiabatique est dérivée de la première loi de la thermodynamique en considérant qu'il n'y a pas de transfert de chaleur vers et depuis le système.
La formule de compression adiabatique peut être exprimée sous diverses formes, c'est-à-dire sous forme PV, sous forme TV et sous forme PT, où P, V et T sont respectivement la pression, le volume et la température.
La compression adiabatique sous forme Pression et Température est donnée par :
P1-Ꝩ Tꝩ = Constante
La compression adiabatique sous forme Volume et température :
TV-1= Constante
La compression adiabatique sous forme Pression et volume est donnée par :
PVꝩ= Constante
Comment calculer la compression adiabatique ?
La compression adiabatique peut être calculée en utilisant la formule PVꝩ= Constante.
Un piston comprimant un gaz dans un cylindre sera appelé processus adiabatique, lorsque le transfert de chaleur vers l'environnement est nul. Dans un tel cas, si les conditions initiales (P1 et V1) ainsi que le rapport de chaleur spécifique du gaz (ꝩ) sont connus, l'une ou l'autre des conditions finales (P2, V2) peut être obtenue si l'une est spécifiée. Ainsi, la formule devient :
P1V1ꝩ= P2V2ꝩ
Quelles sont les causes de la compression adiabatique (sans importance)
Travail effectué en Compression Adiabatique
Le travail effectué dans un processus adiabatique peut être dérivé de la formule du processus adiabatique
PVꝩ= Constante (K). Cette formule peut être réécrite comme P=KV-ꝩ
Pour calculer le travail effectué en processus adiabatique , considérons que le système est compressé de la position initiale de P1, V1 et T1 à la position finale P2, V2 et T2. Le travail effectué est donné par
Travail effectué (W)= Force x déplacement
W = Fdx
W=PAdx
W=P(Ax)
W=PdV
Afin de calculer le travail effectué pendant la compression de V1 à V2, PdV doit être intégré aux limites de V1 et V2
Ou W=
Ou W=dV Où P=KV-ꝩ
Cela peut être donné comme travail effectué dans un processus adiabatique.
En intégrant davantage, nous obtenons l'expression finale du travail effectué comme
W=1/(1−γ) {P2V2−P1V1}
Quel est le travail effectué dans le processus adiabatique
Un processus adiabatique peut être soit une compression adiabatique, soit une expansion adiabatique.
En cas de compression adiabatique, le travail se fait par l'entourage sur le système et en détente adiabatique le travail est effectué par le système sur l'environnement. Le travail effectué dans le processus adiabatique est le même que le travail effectué dans la compression ou l'expansion adiabatique.
Un exemple de adiabatique l'expansion est la montée de l'air chaud dans l'atmosphère, qui se dilate de manière adiabatique en raison de la baisse de la pression atmosphérique et se refroidit en conséquence. Dans ce cas, le travail est effectué par l'air chaud ascendant et le travail est effectué par le système.
Le travail est-il négatif en compression adiabatique ?
Oui, travail effectué par le système lors de la compression adiabatique est négatif.
La compression adiabatique se produit avec une augmentation de l'énergie interne du système. Nous savons par la première loi de thermodynamique que puisque dQ en compression adiabatique est nul,
dU + dW=0
ou dU=-dW
dU et dW partagent une relation négative l'un avec l'autre. Ainsi, puisque le changement d'énergie interne est positif, le travail effectué est négatif.
La relation peut également être corroborée par le fait que, lors de la compression adiabatique comme énergie interne augmente, le travail est effectué par l'environnement sur le système et donc le travail effectué par le système sur l'environnement est négatif.
Au contraire, travail effectué par le système sur l'environnement lors de l'expansion adiabatique est positif.
Comment calculez-vous le travail effectué dans le processus adiabatique ?
Un processus adiabatique peut être obtenu si la détente ou la compression du gaz est effectuée dans un système parfaitement isolé ou si elle est effectuée si rapidement que le transfert de chaleur vers l'environnement est négligeable.
Mathématiquement, il n'y a pas de différence entre une expansion adiabatique et une compression adiabatique et, par conséquent, ils suivent les mêmes formules et dérivations.
Ainsi, toutes les formules utilisées pour la compression adiabatique notées ci-dessus sont vraies pour tout processus adiabatique.
La compression adiabatique est-elle réversible ?
La compression adiabatique est réversible s'il n'y a pas de changement d'entropie
Un processus est dit réversible s'il est isentropique ou s'il n'y a pas de changement d'entropie du système ou si dS=0. Une compression adiabatique est celle où il n'y a pas de changement dans la transfert de chaleur avec l'entourage. Pour qu'une compression adiabatique soit réversible, le processus de compression doit être sans frottement.
An exemple d'adiabatique réversible La compression, également appelée compression isentropique, peut être trouvée dans une turbine à gaz ou des moteurs à réaction modernes. Ce gaz les turbines suivent le cycle de Brayton comme indiqué ci-dessous.
Dans la figure ci-dessus, l'idéal Cycle de Brayton se compose de quatre processus thermodynamiques.
Étape 1 -> étape 2 : Compression isoentropique
Étape 2-> étape 3 : Chauffage isobare
Étape 3-> étape 4 : Expansion iso entropique
Je m'appelle Sangeeta Das. J'ai complété ma maîtrise en génie mécanique avec spécialisation en moteur IC et automobile. J'ai une dizaine d'années d'expérience en milieu industriel et universitaire. Mon domaine d'intérêt comprend les moteurs IC, l'aérodynamique et la mécanique des fluides. Vous pouvez me joindre au
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