Per construir un motor tèrmic que pugui funcionar utilitzant calor, heu de crear determinades condicions. En primer lloc, un motor tèrmic ha de funcionar en un mode cíclic, on una sèrie de processos termodinàmics successius creen un cicle. Com a resultat del cicle, el gas tancat en un cilindre amb un pistó mòbil funciona. Però un cicle no és suficient per a una màquina que funciona periòdicament; ha de realitzar cicles una i altra vegada durant un temps determinat. El treball total realitzat durant un temps determinat a la realitat, dividit pel temps, dóna un altre concepte important: el poder.
A mitjans del segle XIX es van crear els primers motors tèrmics. Feien feina, però gastaven una gran quantitat de calor obtinguda de la combustió del combustible. Va ser llavors quan els físics teòrics es van fer preguntes: “Com funciona el gas en una màquina tèrmica? Com aconseguir el màxim rendiment amb un ús mínim de combustible?”
Per realitzar una anàlisi del treball de gas calia introduir tot un sistema de definicions i conceptes. La totalitat de totes les definicions va crear tota una direcció científica, que va rebretítol: "Termodinàmica tècnica". En termodinàmica, s'han fet una sèrie de supòsits que de cap manera desmeten les principals conclusions. El fluid de treball és un gas efímer (no existent a la natura), que es pot comprimir a volum zero, les molècules del qual no interaccionen entre elles. A la natura, només hi ha gasos reals que tenen propietats ben definides que són diferents d'un gas ideal.
Per considerar models de la dinàmica del fluid de treball, es van proposar les lleis de la termodinàmica, descrivint els principals processos termodinàmics, com ara:
El procés
El procés
El procés
Durant la creació dels primers motors tèrmics, buscaven un cicle en el qual es pugui obtenir la màxima eficiència(eficiència). Sadi Carnot, explorant la totalitat dels processos termodinàmics, va arribar per caprici al desenvolupament del seu propi cicle, que va rebre el seu nom: el cicle de Carnot. Realitza seqüencialment un procés de compressió isotèrmica i després un procés adiabàtic. El fluid de treball després de realitzar aquests processos té una reserva d'energia interna, però el cicle encara no s'ha completat, de manera que el fluid de treball s'expandeix i realitza un procés d'expansió isotèrmica. Per completar el cicle i tornar als paràmetres originals del fluid de treball, es realitza un procés d'expansió adiabàtica.
Carnot va demostrar que l'eficiència en el seu cicle arriba a un màxim i depèn només de les temperatures de les dues isotermes. Com més gran sigui la diferència entre ells, major serà l'eficiència tèrmica corresponent. Els intents de crear un motor tèrmic segons el cicle de Carnot no han tingut èxit. Aquest és un cicle ideal que no es pot complir. Però va demostrar el principi principal de la segona llei de la termodinàmica sobre la impossibilitat d'obtenir treball igual al cost de l'energia tèrmica. Es van formular diverses definicions per a la segona llei de la termodinàmica, sobre la base de les quals Rudolf Clausius va introduir el concepte d'entropia. La conclusió principal de la seva investigació és que l'entropia augmenta constantment, la qual cosa condueix a la "mort" tèrmica.
L'assoliment més important de Clausius va ser la comprensió de l'essència del procés adiabàtic, quan es realitza, l'entropia del fluid de treball no canvia. Per tant, segons Clausius, el procés adiabàtic és s=const. Aquí s és l'entropia, que dóna un altre nom al procés realitzat sense subministrament o eliminació de calor, el procés isentròpic. El científic estava buscantun cicle d'un motor tèrmic on no hi hauria augment d'entropia. Però, malauradament, no ho va fer. Per tant, va deduir que no es pot crear cap motor tèrmic.
Però no tots els investigadors eren tan pessimistes. Buscaven cicles reals per a motors tèrmics. Com a resultat de la seva recerca, Nikolaus August Otto va crear el seu propi cicle de motor tèrmic, que ara s'implementa en motors de gasolina. Aquí, es realitza el procés adiabàtic de compressió del fluid de treball i el subministrament de calor isocòric (combustió del combustible a un volum constant), després apareix l'expansió adiabàtica (el treball el fa el fluid de treball en el procés d'augmentar el seu volum) i isocòric. eliminació de calor. Els primers motors de combustió interna del cicle Otto utilitzaven gasos combustibles com a combustible. Molt més tard, es van inventar els carburadors, que van començar a crear mescles d'aire i gasolina amb vapors de gasolina i els subministraven al cilindre del motor.
En el cicle Otto, la mescla combustible es comprimeix, de manera que la seva compressió és relativament petita: la mescla combustible tendeix a detonar (explota quan s'assoleixen pressions i temperatures crítiques). Per tant, el treball durant el procés de compressió adiabàtica és relativament petit. Aquí s'introdueix un altre concepte: la relació de compressió és la relació entre el volum total i el volum de compressió.
La recerca de maneres d'augmentar l'eficiència energètica del combustible va continuar. Es va observar un augment de l'eficiència en un augment de la relació de compressió. Rudolf Diesel va desenvolupar el seu propi cicle en el qual es subministra calora pressió constant (en procés isobàric). El seu cicle va constituir la base dels motors amb gasoil (també s'anomena gasoil). El cicle Dièsel no comprimeix la mescla combustible, sinó l'aire. Per tant, es diu que el treball es fa en un procés adiabàtic. La temperatura i la pressió al final de la compressió són altes, de manera que el combustible s'injecta a través dels injectors. Es barreja amb l'aire calent, forma una mescla combustible. Es crema, mentre que l'energia interna del fluid de treball augmenta. A més, l'expansió del gas passa per l'adiabàtic, es fa una carrera de treball.
L'intent d'implementar el cicle dièsel en motors tèrmics va fallar, així que Gustav Trinkler va crear el cicle combinat de Trinkler. S'utilitza en els motors dièsel actuals. En el cicle de Trinkler, la calor es subministra al llarg de l'isòcore i després al llarg de la isòbara. Només després d'això, es realitza el procés adiabàtic d'expansió del fluid de treball.
Per analogia amb els motors tèrmics alternatius, els motors de turbina també funcionen. Però en ells, el procés d'eliminació de calor després de la finalització de l'expansió adiabàtica útil del gas es porta a terme al llarg de la isòbara. En avions amb turbina de gas i motors turbohèlix, el procés adiabàtic es produeix dues vegades: durant la compressió i l'expansió.
Per corroborar tots els conceptes fonamentals del procés adiabàtic, es van proposar fórmules de càlcul. Aquí apareix una quantitat important, anomenada exponent adiabàtic. El seu valor per a un gas diatòmic (l'oxigen i el nitrogen són els principals gasos diatòmics presents a l'aire) és 1,4.l'exponent adiabàtic, s'utilitzen dues característiques més interessants, a saber: la capacitat calorífica isobàrica i isocòrica del fluid de treball. La seva relació k=Cp/Cv és l'exponent adiabàtic.
Per què s'utilitza el procés adiabàtic en els cicles teòrics de les màquines tèrmiques? De fet, es realitzen processos politròpics, però a causa del fet que es produeixen a gran velocitat, s'acostuma a suposar que no hi ha intercanvi de calor amb l'entorn.
El 90% de l'electricitat es genera per centrals tèrmiques. Utilitzen vapor d'aigua com a fluid de treball. S'obté fent bullir aigua. Per augmentar el potencial de treball del vapor, es sobreescalfa. A continuació, el vapor sobreescalfat s'alimenta a alta pressió a una turbina de vapor. El procés adiabàtic d'expansió del vapor també té lloc aquí. La turbina rep rotació, es transfereix a un generador elèctric. Això, al seu torn, genera electricitat per als consumidors. Les turbines de vapor funcionen amb el cicle Rankine. Idealment, l'augment de l'eficiència també s'associa amb un augment de la temperatura i la pressió del vapor d'aigua.
Com es desprèn de l'anterior, el procés adiabàtic és molt comú en la producció d'energia mecànica i elèctrica.
