Qu’est-ce que l’adiabatique ?
Un système ou un processus adiabatique est un système ou un processus dans lequel il n’y a pas de changement net d’énergie thermique. Les processus adiabatiques sont liés à la première loi de la thermodynamique. Cette loi stipule que lorsque de l’énergie thermique est placée dans un système, elle modifie l’énergie interne du système ou produit un travail. Cette loi est liée à la loi de la conservation de l’énergie, qui stipule que la matière et l’énergie ne peuvent être ni créées ni détruites. Dans le contexte de la thermodynamique, l’énergie thermique d’un système doit faire quelque chose. Elle doit soit modifier l’énergie interne du système, soit effectuer un travail, soit une combinaison des deux. Elle ne peut pas simplement disparaître.
Dans un système adiabatique, la pression, le volume et la température changent de telle sorte que l’énergie thermique reste constante. Les processus adiabatiques se manifestent le plus clairement dans les gaz. Le chauffage adiabatique d’un gaz entraîne une augmentation de la température lorsque la pression sur le gaz augmente. Si la pression sur le gaz diminue, la température baisse, ce qui entraîne un refroidissement adiabatique. En cas de chauffage adiabatique, le gaz est comprimé et un travail est effectué sur le gaz par l’environnement. En cas de refroidissement adiabatique, le gaz se dilate et effectue un travail sur l’environnement.
Un exemple où les processus adiabatiques sont importants est celui d’un piston, comme celui d’un moteur diesel. Lorsque la pression du piston augmente, le gaz se contracte. Lors de la décompression, le gaz se dilate à nouveau, ce qui fait bouger le piston. Ce phénomène est contrôlé par des processus adiabatiques.
Les processus adiabatiques sont importants en météorologie. Si une parcelle d’air s’élève, la pression sur la parcelle d’air diminuera, ce qui entraînera une baisse de la température de l’air en raison du refroidissement adiabatique. En revanche, si une masse d’air est poussée contre le sol, la pression sur la masse d’air augmente, ce qui la réchauffe. Comme la pression atmosphérique diminue avec l’altitude, la température diminue avec la hauteur dans l’atmosphère. La vitesse à laquelle la température diminue avec l’augmentation de l’altitude est connue sous le nom de taux de déchéance adiabatique.
Qu’est-ce que l’isothermie ?
Un processus isotherme est un processus dans lequel la température reste constante même si la pression et le volume changent. En thermodynamique, la pression, la température et le volume sont liés par la loi de Boyle sur les gaz. Si l’un d’entre eux est maintenu constant, les autres changent proportionnellement. Si la température d’un gaz est maintenue constante, la pression et le volume du gaz seront inversement proportionnels.
Le changement de phase est un exemple de processus isotherme. Lorsqu’une substance, telle que l’eau, atteint son point de fusion ou d’ébullition, la pression et la température restent constantes alors que la phase, le volume et l’énergie thermique changent.
Les processus isothermes sont à la base des moteurs thermiques utilisés dans les centrales électriques, les voitures, les avions, les fusées et d’autres machines importantes pour la civilisation moderne. Les processus isothermes sont également importants en biologie, en géologie, en sciences spatiales, en sciences planétaires et dans bien d’autres domaines.
Qu’est-ce que l’isobare ?
Dans un processus isobare, la pression dans un système reste constante. Dans des conditions isobares, le volume et la température sont directement liés. Si la température augmente, le volume doit faire de même. On peut illustrer ce phénomène en plaçant un ballon dans un congélateur. La pression à l’intérieur et à l’extérieur du ballon restera constante, mais le ballon commencera à diminuer de volume à mesure qu’il se refroidit.
Un autre exemple est celui d’un piston lesté qui est déplacé par un gaz chauffé dans un cylindre. Lorsque le gaz est chauffé, sa température augmente et il se dilate, poussant le piston. Si le piston était fixe et ne pouvait pas bouger, la pression du gaz augmenterait au lieu de se dilater et le système ne serait pas isobare.
Les processus isobares sont importants dans la construction des moteurs thermiques, car certains d’entre eux reposent sur des processus isobares pour convertir l’énergie thermique en énergie mécanique.
Similitudes entre adiabatique, isotherme et isobare
Les processus adiabatiques, isothermes et isobariques sont tous liés à la pression, à la température et au volume. Ils sont également mieux illustrés par les gaz. Ces trois types de processus sont également les plus pertinents dans les atmosphères planétaires.
Différences entre adiabatique, isotherme et isobare
Bien que ces processus présentent des similitudes, ils présentent également des différences importantes. Celles-ci sont notamment les suivantes.
- La température d’un gaz diminue lorsque le gaz se dilate dans un système adiabatique, alors que la température reste constante lorsque le gaz se dilate dans un système isotherme et augmente lorsque le gaz se dilate dans un système isobare.
- Dans un système adiabatique ou isotherme, le volume d’un gaz est inversement proportionnel à la température, alors qu’il est directement proportionnel à la température dans un système isobare.
- La pression d’un gaz est inversement proportionnelle au volume dans un système isotherme, alors qu’elle ne change pas dans un système isobare, et la pression d’un gaz est inversement proportionnelle au volume dans un système adiabatique.
- La chaleur ne change pas dans un système adiabatique, alors qu’elle change dans un système isotherme ou isobare.
Adiabatique vs. isotherme vs. isobare
Résumé
Dans un système adiabatique, il n’y a pas de changement net de chaleur. Lorsqu’un gaz se dilate, la température diminue, ce qui entraîne un refroidissement adiabatique. Si un gaz est comprimé, la température augmente, ce qui entraîne un réchauffement adiabatique. Les processus adiabatiques sont importants dans les sciences de l’atmosphère. Dans un processus isotherme, la température est constante et la pression et le volume sont inversement proportionnels l’un à l’autre. Un changement de phase est un exemple de processus isotherme. Lors d’un changement de phase, la température d’une substance ne change pas, même si sa chaleur et son volume changent. Dans un système isobare, la pression reste constante et le volume augmente ou diminue avec la température. Si un volume de gaz est placé dans un congélateur, par exemple, le volume de gaz diminuera puisque la pression est constante alors que la température baisse.