กระบวนการอะเดียแบติก ( อะเดียแบติกมาจากภาษากรีกโบราณἀδιάβατος ( adiábatos ) ' ผ่านไม่ได้' ) เป็น กระบวนการทางเทอร์โมไดนามิกประเภทหนึ่งซึ่งการถ่ายโอนพลังงานระหว่างระบบเทอร์โมไดนามิกกับสิ่งแวดล้อมจะไม่เกิดขึ้นพร้อมกับการถ่ายโอนเอนโทรปีหรือปริมาณของส่วนประกอบ ต่างจากกระบวนการไอโซเทอร์มอลกระบวนการอะเดียแบติกจะถ่ายโอนพลังงานไปยังสิ่งแวดล้อมในรูปของงานและ/หรือการไหลของมวล เท่านั้น ^{[ 1 ] [ 2 ] (หน้า 21) [ 3 ]}ในฐานะที่เป็นแนวคิดหลักในเทอร์โมไดนามิกกระบวนการอะเดียแบติกสนับสนุนทฤษฎีที่อธิบายกฎข้อแรกของเทอร์โมไดนามิกคำตรงข้ามของ "อะเดียแบติก" คือไดอะแบติก

กระบวนการทางเคมีและทางกายภาพบางอย่างเกิดขึ้นเร็วเกินกว่าที่พลังงานจะเข้าหรือออกจากระบบในรูปของความร้อน ทำให้สามารถใช้ "การประมาณแบบอะเดียแบติก" ที่สะดวกได้^{[ 2 ] (หน้า 52–53)}ตัวอย่างเช่นอุณหภูมิเปลวไฟแบบอะเดียแบติกใช้การประมาณนี้ในการคำนวณขีดจำกัดบนของ อุณหภูมิ เปลวไฟโดยสมมติว่าการเผาไหม้ไม่สูญเสียความร้อนให้กับสิ่งแวดล้อม

ในทางอุตุนิยมวิทยาการขยายตัวแบบอะเดียแบติกและการเย็นตัวของอากาศชื้น ซึ่งอาจเกิดจากลมที่พัดขึ้นและพัดผ่านภูเขาเป็นต้น อาจทำให้ ความดัน ไอน้ำเกินความดันไอน้ำอิ่มตัวการขยายตัวและการเย็นตัวที่เกินความดันไอน้ำอิ่มตัวมักถูกจำลองเป็นกระบวนการแบบซูโดอะเดียแบติก โดยไอน้ำส่วนเกิน จะตกตะกอนกลาย เป็นหยดน้ำ ทันทีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของอากาศที่เกิดการขยายตัวแบบซูโดอะเดียแบติกจะแตกต่างจากอากาศที่เกิดการขยายตัวแบบอะเดียแบติก เนื่องจากความร้อนแฝงถูกปล่อยออกมาจากการตกตะกอน^{[ 4 ]}

กระบวนการที่ไม่มีการถ่ายโอนพลังงานความร้อน (ความร้อน) เข้าหรือออกจากระบบ ดังนั้นQ = 0เรียกว่ากระบวนการอะเดียแบติก และระบบดังกล่าวเรียกว่าระบบที่แยกตัวแบบอะเดียแบติก^{[ 5 ] [ 6 ]}ข้อสมมติฐานที่ทำให้ง่ายขึ้นที่ใช้กันบ่อยคือ กระบวนการนั้นเป็นอะเดียแบติก ตัวอย่างเช่น การอัดแก๊สภายในกระบอกสูบของเครื่องยนต์นั้นถือว่าเกิดขึ้นอย่างรวดเร็วมาก จนในช่วงเวลาของกระบวนการอัดนั้น พลังงานของระบบแทบจะไม่สามารถถ่ายโอนออกไปเป็นความร้อนสู่สิ่งแวดล้อมได้เลย แม้ว่ากระบอกสูบจะไม่ได้รับการหุ้มฉนวนและนำความร้อนได้ดี แต่กระบวนการนั้นก็ถือว่าเป็นอะเดียแบติกในอุดมคติ เช่นเดียวกันนี้ก็สามารถกล่าวได้ว่าเป็นจริงสำหรับกระบวนการขยายตัวของระบบดังกล่าว

การสมมติว่าระบบแยกตัวแบบอะเดียแบติกนั้นมีประโยชน์และมักใช้ร่วมกับการสมมติแบบอื่นๆ เพื่อคำนวณค่าประมาณเบื้องต้นที่ดีของพฤติกรรมของระบบ ตัวอย่างเช่น ตามทฤษฎีของลาปลาซ เมื่อเสียงเดินทางในแก๊ส จะไม่มีเวลาสำหรับการนำความร้อนในตัวกลาง ดังนั้นการแพร่กระจายของเสียงจึงเป็นแบบอะเดียแบติก สำหรับกระบวนการอะเดียแบติกดังกล่าว ค่าสัมประสิทธิ์ความยืดหยุ่น ( โมดูลัสของยัง ) สามารถแสดงได้เป็นE = γPโดยที่γคืออัตราส่วนของความร้อนจำเพาะที่ความดันคงที่และที่ปริมาตรคงที่ ( γ = ⁠ซี_พี/ซี_วี)และ Pคือความดันของแก๊ส

สำหรับระบบปิด เราสามารถเขียนกฎข้อแรกของเทอร์โมไดนามิกส์ได้เป็นΔ U = Q − Wโดยที่Δ Uแทนการเปลี่ยนแปลงของพลังงานภายในของระบบQ แทนปริมาณพลังงานที่เพิ่มเข้ามาในรูปของความร้อน และWแทนงานที่ระบบกระทำต่อสิ่งแวดล้อม

• ถ้าหากระบบมีผนังที่แข็งมากจนไม่สามารถถ่ายเทงานเข้าหรือออกได้ ( W = 0 ) และผนังเหล่านั้นไม่ใช่ฉนวนความร้อน และมีการเพิ่มพลังงานในรูปของความร้อน ( Q > 0 ) และไม่มีการเปลี่ยนแปลงสถานะ อุณหภูมิของระบบก็จะสูงขึ้น
• ถ้าหากระบบมีผนังที่แข็งมากจนไม่สามารถทำงานจากการเปลี่ยนแปลงปริมาตรและความดันได้ แต่ผนังเป็นฉนวนความร้อน ( Q = 0 ) และมีการเพิ่มพลังงานใน รูปของการทำงานปริมาตรคงที่ ( isochoric ) ในรูปของแรงเสียดทานหรือการกวนของ ของเหลว หนืดภายในระบบ ( W < 0 ) และไม่มีการเปลี่ยนแปลงสถานะ อุณหภูมิของระบบก็จะสูงขึ้น
• ถ้าผนังของระบบเป็นฉนวนความร้อน ( Q = 0 ) แต่ไม่แข็ง ( W ≠ 0 ) และในกระบวนการในอุดมคติสมมติ พลังงานถูกเพิ่มเข้าไปในระบบในรูปของงานความดัน-ปริมาตรที่ไม่มีแรงเสียดทานและไม่มีความหนืด ( W < 0 ) และไม่มีการเปลี่ยนแปลงสถานะ อุณหภูมิของระบบจะสูงขึ้น กระบวนการดังกล่าวเรียกว่ากระบวนการไอเซนโทรปิกและกล่าวได้ว่า "ผันกลับได้" ในอุดมคติ ถ้ากระบวนการนั้นผันกลับ พลังงานสามารถกู้คืนได้ทั้งหมดในรูปของงานที่ระบบทำ ถ้าหากระบบมีก๊าซที่อัดได้และปริมาตรลดลง ความไม่แน่นอนของตำแหน่งของก๊าซจะลดลง และดูเหมือนว่าจะลดเอนโทรปีของระบบลง แต่อุณหภูมิของระบบจะสูงขึ้นเนื่องจากกระบวนการเป็นไอเซนโทรปิก ( ΔS = 0 ) หากมีการเพิ่มงานในลักษณะที่ทำให้เกิดแรงเสียดทานหรือแรงหนืดภายในระบบ กระบวนการนั้นจะไม่ใช่กระบวนการไอเซนโทรปิก และหากไม่มีการเปลี่ยนแปลงสถานะ อุณหภูมิของระบบจะสูงขึ้น กระบวนการนั้นเรียกว่า "ย้อนกลับไม่ได้" และงานที่เพิ่มเข้าไปในระบบจะไม่สามารถกู้คืนได้อย่างสมบูรณ์ในรูปของงาน
• หากผนังของระบบไม่เป็นฉนวนความร้อน และพลังงานถูกถ่ายเทเข้ามาในรูปของความร้อน เอนโทรปีก็จะถูกถ่ายเทเข้าสู่ระบบพร้อมกับความร้อน กระบวนการดังกล่าวไม่ใช่ทั้งฉนวนความร้อนและไอเซนโทรปิก โดยมีQ > 0และΔS > 0ตามกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์

กระบวนการอะเดียแบติกที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติเป็นกระบวนการที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ (มีการสร้างเอนโทรปีขึ้น)

การถ่ายโอนพลังงานในรูปของงานเข้าสู่ระบบที่แยกตัวออกจากความร้อนอย่างเป็นฉนวน สามารถจินตนาการได้ว่ามีสองรูปแบบสุดขั้วในอุดมคติ ในรูปแบบหนึ่งนั้น จะไม่มีเอนโทรปีเกิดขึ้นภายในระบบ (ไม่มีแรงเสียดทาน การสูญเสียพลังงานเนื่องจากความหนืด ฯลฯ) และงานที่เกิดขึ้นจะเป็นเพียงงานที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงความดันและปริมาตร (แสดงด้วยP d V ) ในธรรมชาติ รูปแบบในอุดมคตินี้เกิดขึ้นได้เพียงโดยประมาณเท่านั้น เพราะมันต้องการกระบวนการที่ช้าอย่างไม่มีที่สิ้นสุดและไม่มีแหล่งที่มาของการสูญเสียพลังงาน

งานอีกประเภทหนึ่งที่เป็นขั้วตรงข้ามคืองานไอโซโคริก ( dV = 0 ) ซึ่งพลังงานจะถูกเพิ่มเข้ามาเป็นงานโดยอาศัยแรงเสียดทานหรือการสูญเสียความหนืดภายในระบบเท่านั้น เครื่องกวนที่ถ่ายโอนพลังงานไปยังของเหลวหนืดของระบบที่แยกตัวแบบอะเดียแบติกที่มีผนังแข็ง โดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงเฟส จะทำให้อุณหภูมิของของเหลวสูงขึ้น แต่ไม่สามารถกู้คืนงานนั้นได้ งานไอโซโคริกเป็นงานที่ไม่สามารถย้อนกลับได้^{[ 7 ]}กฎข้อที่สองของเทอร์โมไดนามิกส์กล่าวว่า กระบวนการทางธรรมชาติของการถ่ายโอนพลังงานเป็นงานนั้น ประกอบด้วยงานไอโซโคริกอย่างน้อยที่สุด และบ่อยครั้งประกอบด้วยงานทั้งสองประเภทนี้ กระบวนการทางธรรมชาติทุกอย่าง ไม่ว่าจะเป็นแบบอะเดียแบติกหรือไม่ก็ตาม ล้วนเป็นกระบวนการที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ โดยมีΔS > 0เนื่องจากแรงเสียดทานหรือความหนืดมีอยู่เสมอในระดับหนึ่ง

การอัดตัวแบบอะเดียแบติกของแก๊สทำให้อุณหภูมิของแก๊สสูงขึ้น การขยายตัวแบบอะเดียแบติกต้านแรงดันหรือสปริงทำให้อุณหภูมิลดลง ในทางตรงกันข้ามการขยายตัวแบบอิสระเป็น กระบวนการ อุณหภูมิคงที่สำหรับแก๊สในอุดมคติ

การอัดแบบอะเดียแบติกเกิดขึ้นเมื่อความดันของแก๊สเพิ่มขึ้นจากการทำงานที่กระทำโดยสิ่งแวดล้อมรอบข้าง เช่นลูกสูบอัดแก๊สที่บรรจุอยู่ภายในกระบอกสูบและเพิ่มอุณหภูมิ ซึ่งในหลายกรณีในทางปฏิบัติ การนำความร้อนผ่านผนังอาจช้ากว่าเวลาในการอัด ปรากฏการณ์นี้พบได้ในเครื่องยนต์ดีเซลซึ่งอาศัยการไม่มีการสูญเสียความร้อนในระหว่างจังหวะการอัดเพื่อเพิ่มอุณหภูมิของไอเชื้อเพลิงให้สูงพอที่จะจุดติดไฟได้

การอัดตัวแบบอะเดียแบติกเกิดขึ้นในชั้นบรรยากาศของโลกเมื่อมวลอากาศเคลื่อนตัวลง เช่น ในลมคาตาบาติกลมโฟห์นหรือลมชินุกที่พัดลงมาจากภูเขา เมื่อมวลอากาศเคลื่อนตัวลง ความดันที่กระทำต่อมวลอากาศจะเพิ่มขึ้น เนื่องจากการเพิ่มขึ้นของความดันนี้ ปริมาตรของมวลอากาศจะลดลงและอุณหภูมิจะเพิ่มขึ้น เนื่องจากมีการทำงานเกิดขึ้นกับมวลอากาศ ทำให้พลังงานภายในเพิ่มขึ้น ซึ่งแสดงออกมาในรูปของการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิของมวลอากาศนั้น มวลอากาศสามารถกระจายพลังงานได้ช้ามากโดยการนำความร้อนหรือการแผ่รังสี (ความร้อน) และโดยประมาณแล้วสามารถพิจารณาได้ว่ามวลอากาศนั้นถูกแยกออกจากบรรยากาศแบบอะเดียแบติก และกระบวนการนี้เป็นกระบวนการอะเดียแบติก

การขยายตัวแบบอะเดียแบติกเกิดขึ้นเมื่อความดันในระบบที่แยกตัวแบบอะเดียแบติกนั้นลดลง ทำให้ระบบนั้นขยายตัวและก่อให้เกิดงานต่อสิ่งแวดล้อม เมื่อความดันที่กระทำต่อมวลก๊าซลดลง ก๊าซในมวลนั้นจะขยายตัว เมื่อปริมาตรเพิ่มขึ้น อุณหภูมิจะลดลงเนื่องจากพลังงานภายในลดลง การขยายตัวแบบอะเดียแบติกเกิดขึ้นในชั้นบรรยากาศของโลกด้วยปรากฏการณ์การยกตัวเนื่องจากภูมิประเทศและคลื่นลีและสามารถก่อตัวเป็นเมฆไพลีหรือเมฆเลนติคูลาร์ได้

เนื่องจากการขยายตัวแบบอะเดียแบติกในพื้นที่ภูเขา ทำให้เกิดหิมะตกในบางส่วนของทะเลทรายซาฮารา^{[ 8 ]}

การขยายตัวแบบอะเดียแบติกไม่จำเป็นต้องเกี่ยวข้องกับของเหลวเสมอไป เทคนิคหนึ่งที่ใช้เพื่อให้ได้อุณหภูมิต่ำมาก (ระดับพันส่วนหรือแม้แต่ล้านส่วนขององศาเหนือศูนย์สัมบูรณ์) คือการลดอำนาจแม่เหล็กแบบอะเดียแบติก โดย ใช้การเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็ก บนวัสดุแม่เหล็กเพื่อทำให้เกิดการขยายตัวแบบอะเดียแบติก นอกจากนี้ สสารภายใน เอกภพที่กำลังขยายตัวสามารถอธิบายได้ (ในลำดับแรก) ว่าเป็นของเหลวที่ขยายตัวแบบอะเดียแบติก (ดูการสิ้นสุดของเอกภพเนื่องจากความร้อน )

แมกมาที่พุ่งขึ้นยังเกิดการขยายตัวแบบอะเดียแบติกก่อนการปะทุ ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งในกรณีของแมกมาที่พุ่งขึ้นอย่างรวดเร็วจากระดับความลึกมาก เช่นคิมเบอร์ไลต์^{[ 9 ]}

ใน เนื้อโลกที่มีการพาความ ร้อน (แอสเทโนสเฟียร์) ซึ่งอยู่ใต้ลิโทสเฟียร์อุณหภูมิของเนื้อโลกจะใกล้เคียงกับอุณหภูมิอะเดียแบติก การลดลงเล็กน้อยของอุณหภูมิเมื่อความลึกตื้นขึ้นนั้นเกิดจากการลดลงของความดันเมื่อวัสดุนั้นอยู่ตื้นขึ้นในโลก^{[ 10 ]}

การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิดังกล่าวสามารถวัดปริมาณได้โดยใช้กฎของก๊าซในอุดมคติหรือสมการอุทกสถิตสำหรับกระบวนการในบรรยากาศ

ในทางปฏิบัติ ไม่มีกระบวนการใดที่เป็นอะเดียแบติกอย่างแท้จริง กระบวนการหลายอย่างอาศัยความแตกต่างอย่างมากของช่วงเวลาของกระบวนการที่สนใจและอัตราการถ่ายเทความร้อนข้ามขอบเขตของระบบ ดังนั้นจึงประมาณค่าโดยใช้สมมติฐานอะเดียแบติก มีการสูญเสียความร้อนอยู่เสมอ เนื่องจากไม่มีฉนวนที่สมบูรณ์แบบ

สมการทางคณิตศาสตร์สำหรับก๊าซอุดมคติที่ผ่านกระบวนการอะเดียแบติกแบบย้อนกลับได้ (กล่าวคือไม่มีการสร้างเอนโทรปี) สามารถแสดงได้ด้วยสมการกระบวนการโพลีโทรปิก^{[ 2 ] (p53)}

$${\displaystyle P\ V^{\gamma }={\mathsf {constant}}\ ,}$$

โดยที่PคือความดันVคือปริมาตร และγคือดัชนีอะเดียแบติกหรืออัตราส่วนความจุความร้อน ซึ่งกำหนดไว้ดังนี้

$${\displaystyle \gamma ={\frac {C_{P}}{C_{V}}}={\frac {f+2}{f}}~.}$$

ในที่นี้C _Pคือความร้อนจำเพาะที่ความดันคงที่C _Vคือความร้อนจำเพาะที่ปริมาตรคงที่ และfคือจำนวนองศาอิสระ (3 สำหรับก๊าซอะตอมเดี่ยว 5 สำหรับก๊าซอะตอมคู่หรือก๊าซที่มีโมเลกุลเชิงเส้น เช่น คาร์บอนไดออกไซด์)

สำหรับก๊าซอุดมคติอะตอมเดี่ยวγ = ⁠5/3และ สำหรับก๊าซ ไดอะตอมิก (เช่นไนโตรเจนและออกซิเจนเป็นส่วนประกอบหลักของอากาศ) γ =7/5[ 11 ^]โปรดทราบว่าสูตรข้างต้นใช้ได้เฉพาะกับก๊าซอุดมคติแบบคลาสสิก (นั่นคือ ก๊าซที่มีอุณหภูมิสูงกว่าศูนย์สัมบูรณ์มาก) และไม่ใช่^{ก๊าซโบ}ส-ไอน์สไตน์หรือมิ

เราสามารถใช้กฎของก๊าซอุดมคติเพื่อเขียนความสัมพันธ์ข้างต้นระหว่างPและV ใหม่ได้ ดังนี้^{[ 2 ] (p53)}

$${\displaystyle {\begin{aligned}P^{1-\gamma }\ T^{\gamma }&={\mathsf {constant}}\ ,\\T\ V^{\gamma -1}&={\mathsf {constant}}~.\end{aligned}}}$$

โดยที่Tคืออุณหภูมิสัมบูรณ์หรืออุณหภูมิทางเทอร์โมไดนามิก

จังหวะการอัดในเครื่องยนต์เบนซินสามารถใช้เป็นตัวอย่างของการอัดแบบอะเดียแบติกได้ ข้อสมมติฐานของแบบจำลองคือ ปริมาตรก่อนการอัดของกระบอกสูบคือหนึ่งลิตร (1 ลิตร = 1000 cm³ ⁼ 0.001 m³ ⁾ ;ก๊าซภายในคืออากาศซึ่งประกอบด้วยโมเลกุลไนโตรเจนและออกซิเจนเท่านั้น (ดังนั้นจึงเป็นก๊าซไดอะตอมิกที่มี 5 องศาอิสระ และดังนั้นγ = ⁠7/5) ;อัตราส่วนการอัดของเครื่องยนต์คือ 10:1 (นั่นคือ ปริมาตรของก๊าซที่ไม่ถูกอัด 1 ลิตร จะลดลงเหลือ 0.1 ลิตรโดยลูกสูบ); และก๊าซที่ไม่ถูกอัดนั้นมีอุณหภูมิและความดันใกล้เคียงกับอุณหภูมิห้อง (อุณหภูมิห้องอุ่นประมาณ 27 °C หรือ 300 K และความดัน 1 บาร์ = 100 kPa ซึ่งก็คือความดันบรรยากาศทั่วไปที่ระดับน้ำทะเล)

$${\displaystyle {\begin{aligned}P_{1}V_{1}^{\gamma }&={\mathsf {constant}}_{1}\\&=100\,000~{\text{Pa}}\times (0.001~{\mathsf {m}}^{3})^{\frac {7}{5}}\\&=10^{5}\times 6.31\times 10^{-5}~{\mathsf {Pa}}\,{\mathsf {m}}^{21/5}\\&=6.31~{\text{Pa}}\,{\mathsf {m}}^{21/5}\ ,\end{aligned}}}$$

ดังนั้นค่าคงที่อะเดียแบติกสำหรับตัวอย่างนี้จึงอยู่ที่ประมาณ6.31 Pa·m ^4.2

ขณะนี้ก๊าซถูกอัดจนมีปริมาตร 0.1 ลิตร (0.0001 ลูกบาศก์เมตร⁾ซึ่งเราสมมติว่าเกิดขึ้นเร็วพอที่จะไม่มีความร้อนเข้าหรือออกจากก๊าซผ่านผนัง ค่าคงที่อะเดียแบติกยังคงเท่าเดิม แต่ความดันที่เกิดขึ้นนั้นไม่ทราบค่า

$${\displaystyle {\begin{aligned}P_{2}V_{2}^{\gamma }&={\mathsf {constant}}_{1}\\&=6.31~{\mathsf {Pa}}\,{\mathsf {m}}^{21/5}\\&=P\times (0.0001~{\mathsf {m}}^{3})^{\frac {7}{5}},\end{aligned}}}$$

ตอนนี้เราสามารถหาค่าความดันสุดท้ายได้แล้ว^{[ 12 ]}

$${\displaystyle {\begin{aligned}P_{2}&=P_{1}\left({\frac {V_{1}}{V_{2}}}\right)^{\gamma }\\&=100\ 000~{\mathsf {Pa}}\times {10}^{7/5}\\&=2.51\times 10^{6}~{\mathsf {Pa}}\ ,\end{aligned}}}$$

หรือ 25.1 บาร์ การเพิ่มขึ้นของความดันนี้มากกว่าที่อัตราส่วนการบีอัดแบบง่ายๆ 10:1 จะบ่งบอกได้ เนื่องจากก๊าซไม่เพียงแต่ถูกบีอัดเท่านั้น แต่การทำงานเพื่อบีอัดก๊าซยังเพิ่มพลังงานภายในของก๊าซด้วย ซึ่งแสดงออกมาในรูปของการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิของก๊าซและการเพิ่มขึ้นของความดันเพิ่มเติมเหนือกว่าที่ได้จากการคำนวณแบบง่ายๆ ที่ว่าความดันเพิ่มขึ้น 10 เท่าของความดันเดิม

เราสามารถหาอุณหภูมิของก๊าซอัดในกระบอกสูบเครื่องยนต์ได้เช่นกัน โดยใช้กฎของก๊าซอุดมคติPV = n RT ( โดยที่ nคือปริมาณก๊าซในหน่วยโมล และR คือค่าคงที่ของก๊าซนั้น) เงื่อนไขเริ่มต้นของเราคือ ความดัน 100 kPa ปริมาตร 1 ลิตร และอุณหภูมิ 300 K ค่าคงที่จากการทดลองของเรา ( n R ) คือ:

$${\displaystyle {\begin{aligned}{\frac {P\ V}{T}}&={\mathsf {constant}}_{2}\\&={\frac {10^{5}~{\mathsf {Pa}}\times 10^{-3}~{\mathsf {m}}^{3}}{300~{\mathsf {K}}}}\\&=0.333~{\mathsf {Pa}}\ {\mathsf {m}}^{3}{\mathsf {K}}^{-1}~.\end{aligned}}}$$

เราทราบว่าก๊าซอัดมีปริมาตร V = 0.1 ลิตรและความดัน P =2.51 × 10⁶  Paดังนั้นเราสามารถหาค่าอุณหภูมิได้ ^:

$${\displaystyle {\begin{aligned}T&={\frac {P\ V}{{\mathsf {constant}}_{2}}}\\&={\frac {2.51\times 10^{6}~{\mathsf {Pa}}\times 10^{-4}~{\text{m}}^{3}}{0.333~{\mathsf {Pa}}\ {\mathsf {m}}^{3}{\mathsf {K}}^{-1}}}\\&=753~{\mathsf {K}}.\end{aligned}}}$$

นั่นคืออุณหภูมิสุดท้ายที่ 753 เคลวิน หรือ 479 องศาเซลเซียส หรือ 896 องศาฟาเรนไฮต์ ซึ่งสูงกว่าจุดติดไฟของเชื้อเพลิงหลายชนิดมาก นี่คือเหตุผลที่เครื่องยนต์ที่มีอัตราส่วนการอัดสูงต้องการเชื้อเพลิงที่ได้รับการคิดค้นสูตรพิเศษเพื่อป้องกันการติดไฟเอง (ซึ่งจะทำให้เครื่องยนต์น็อคเมื่อทำงานภายใต้สภาวะอุณหภูมิและความดันดังกล่าว) หรือการใช้ซูเปอร์ชาร์จเจอร์พร้อมอินเตอร์คูลเลอร์เพื่อเพิ่มความดันแต่ลดอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นจะเป็นประโยชน์ เครื่องยนต์ดีเซลทำงานภายใต้สภาวะที่รุนแรงยิ่งกว่า โดยมีอัตราส่วนการอัด 16:1 หรือมากกว่านั้นเป็นเรื่องปกติ เพื่อให้ได้ความดันก๊าซที่สูงมาก ซึ่งช่วยให้เชื้อเพลิงที่ฉีดเข้าไปติดไฟได้ทันที

สำหรับการขยายตัวแบบอะเดียแบติกอย่างอิสระของก๊าซอุดมคติก๊าซจะบรรจุอยู่ในภาชนะหุ้มฉนวนแล้วปล่อยให้ขยายตัวในสุญญากาศ เนื่องจากไม่มีแรงดันภายนอกให้ก๊าซขยายตัวต้าน ดังนั้นงานที่ทำโดยหรือต่อระบบจึงเป็นศูนย์ เนื่องจากกระบวนการนี้ไม่เกี่ยวข้องกับการถ่ายเทความร้อนหรืองานใดๆ กฎข้อที่หนึ่งของเทอร์โมไดนามิกส์จึงบ่งชี้ว่าการเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในสุทธิของระบบเป็นศูนย์ สำหรับก๊าซอุดมคติ อุณหภูมิจะคงที่เพราะพลังงานภายในขึ้นอยู่กับอุณหภูมิเท่านั้นในกรณีนั้น เนื่องจากที่อุณหภูมิคงที่ เอนโทรปีเป็นสัดส่วนกับปริมาตร ดังนั้นเอนโทรปีจึงเพิ่มขึ้นในกรณีนี้ กระบวนการนี้จึงไม่สามารถย้อนกลับได้

นิยามของกระบวนการอะเดียแบติกคือ การถ่ายเทความร้อนเข้าสู่ระบบเป็นศูนย์δQ = 0ดังนั้นตามกฎข้อที่หนึ่งของเทอร์โมไดนามิกส์

$${\displaystyle \mathrm {d} U+\delta W=\delta Q=0\ ,}$$

เอ1

โดยที่d Uคือการเปลี่ยนแปลงของพลังงานภายในของระบบ และδWคือ งานที่ระบบทำ งานใดๆ( δW )ที่ทำจะต้องทำโดยใช้พลังงานภายในUเนื่องจากไม่มีความร้อนδQถูกส่งมาจากสิ่งแวดล้อม งานความดัน-ปริมาตรδW ที่ระบบ ทำนั้น กำหนดได้ดังนี้

$${\displaystyle \delta W=P\ \mathrm {d} V~.}$$

เอ2

อย่างไรก็ตามค่า Pไม่คงที่ตลอดกระบวนการอะเดียแบติก แต่จะเปลี่ยนแปลงไปพร้อมกับค่า V

ต้องการทราบว่าค่าd Pและd Vมีความสัมพันธ์กันอย่างไรในระหว่างกระบวนการอะเดียแบติก สำหรับก๊าซอุดมคติ (โปรดจำกฎของก๊าซอุดมคติPV = nRT )พลังงานภายในจะกำหนดโดย

$${\displaystyle U=\alpha \ n\ R\ T=\alpha \ P\ V\ ,}$$

เอ3

โดยที่αคือจำนวนองศาอิสระหารด้วย 2, Rคือค่าคงที่ของแก๊สสากลและnคือจำนวนโมลในระบบ (ซึ่งเป็นค่าคงที่)

การหาอนุพันธ์ของสมการ (a3) ​​จะได้

$${\displaystyle {\begin{aligned}\mathrm {d} U&=\alpha \ n\ R\ \mathrm {d} T\\&=\alpha \ \mathrm {d} (P\ V)\\&=\alpha \ (P\ \mathrm {d} V+V\ \mathrm {d} P)~.\end{aligned}}}$$

เอ4

สมการ (a4) มักจะแสดงเป็นd U = n C _V d Tเนื่องจากC _V = α R

ตอนนี้แทนสมการ (a2) และ (a4) ลงในสมการ (a1) เพื่อให้ได้

$${\displaystyle -P\ \mathrm {d} V=\alpha \ P\ \mathrm {d} V+\alpha \ V\ \mathrm {d} P\ ,}$$

ปัจจัย− P d V :

$${\displaystyle -(\alpha +1)\ P\ \mathrm {d} V=\alpha V\ \mathrm {d} P\ ,}$$

และหารทั้งสองข้างด้วยPV :

$${\displaystyle -(\alpha +1)\ {\frac {\mathrm {d} V}{V}}=\alpha \ {\frac {\mathrm {d} P}{P}}~.}$$

หลังจากรวมด้านซ้ายและด้านขวาจากV ₀ถึงVและจากP ₀ถึงPแล้วเปลี่ยนด้านตามลำดับ

$${\displaystyle \ln \left({\frac {P}{P_{0}}}\right)=-{\frac {\alpha +1}{\alpha }}\ \ln \left({\frac {V}{V_{0}}}\right)~.}$$

ยกกำลังทั้งสองข้าง แล้วแทนค่าα + 1/αโดยที่ γคืออัตราส่วนความจุความร้อน

$${\displaystyle \left({\frac {P}{P_{0}}}\right)=\left({\frac {V}{V_{0}}}\right)^{-\gamma }\ ,}$$

และกำจัดเครื่องหมายลบเพื่อให้ได้

$${\displaystyle \left({\frac {P}{P_{0}}}\right)=\left({\frac {V_{0}}{V}}\right)^{\gamma }~.}$$

ดังนั้น,

$${\displaystyle \left({\frac {P}{P_{0}}}\right)\left({\frac {V}{V_{0}}}\right)^{\gamma }=1\ ,}$$

และ

$${\displaystyle P_{0}\ V_{0}^{\gamma }=P\ V^{\gamma }={\mathsf {constant}}~.}$$

$${\displaystyle \Delta U=\alpha \ R\ n\ T_{2}-\alpha \ R\ n\ T_{1}=\alpha \ R\ n\ \Delta T~.}$$

บี1

ในขณะเดียวกัน งานที่ทำโดยการเปลี่ยนแปลงความดันและปริมาตรอันเป็นผลมาจากกระบวนการนี้ มีค่าเท่ากับ

$${\displaystyle W=\int _{V_{1}}^{V_{2}}\ P\ \mathrm {d} V~.}$$

บี2

เนื่องจากเราต้องการให้กระบวนการเป็นแบบอะเดียแบติก ดังนั้นสมการต่อไปนี้จึงต้องเป็นจริง

$${\displaystyle \Delta U+W=0~.}$$

บี3

จากการคำนวณก่อนหน้านี้

$${\displaystyle P\ V^{\gamma }={\mathsf {constant}}=P_{1}\ V_{1}^{\gamma }~.}$$

บี4

การจัดเรียงใหม่ (b4) จะได้

$${\displaystyle P=P_{1}\ \left({\frac {V_{1}}{V}}\right)^{\gamma }~.}$$

เมื่อแทนค่านี้ลงใน (b2) จะได้

$${\displaystyle W=\int _{V_{1}}^{V_{2}}P_{1}\ \left({\frac {V_{1}}{V}}\right)^{\gamma }\ \mathrm {d} V~.}$$

เมื่อทำการอินทิเกรต เราจะได้นิพจน์สำหรับงาน

$${\displaystyle {\begin{aligned}W&=P_{1}\ V_{1}^{\gamma }\ {\frac {V_{2}^{1-\gamma }-V_{1}^{1-\gamma }}{1-\gamma }}\\[1ex]&={\frac {P_{2}\ V_{2}-P_{1}\ V_{1}}{1-\gamma }}.\end{aligned}}}$$

แทนค่าγ = ⁠α + 1/αในภาคเรียนที่สอง

$${\displaystyle W=-\alpha \ P_{1}\ V_{1}^{\gamma }\ \left(V_{2}^{1-\gamma }-V_{1}^{1-\gamma }\right)~.}$$

การจัดเรียงใหม่

$${\displaystyle W=-\alpha \ P_{1}\ V_{1}\ \left(\left({\frac {V_{2}}{V_{1}}}\right)^{1-\gamma }-1\right)~.}$$

โดยใช้กฎของแก๊สอุดมคติและสมมติว่าปริมาณโมลคงที่ (ซึ่งมักเกิดขึ้นในกรณีทางปฏิบัติ)

$${\displaystyle W=-\alpha \ n\ R\ T_{1}\left(\left({\frac {V_{2}}{V_{1}}}\right)^{1-\gamma }-1\right)~.}$$

โดยใช้สูตรต่อเนื่อง

$${\displaystyle {\frac {P_{2}}{P_{1}}}=\left({\frac {V_{2}}{V_{1}}}\right)^{-\gamma }\ ,}$$

หรือ

$${\displaystyle \left({\frac {P_{2}}{P_{1}}}\right)^{-{\frac {1}{\gamma }}}={\frac {V_{2}}{V_{1}}}~.}$$

แทนค่าลงในนิพจน์ก่อนหน้าสำหรับ W

$${\displaystyle W=-\alpha \ n\ R\ T_{1}\left(\left({\frac {P_{2}}{P_{1}}}\right)^{\frac {\gamma -1}{\gamma }}-1\right)~.}$$

การแทนที่นิพจน์นี้และ (b1) ใน (b3) จะได้

$${\displaystyle \alpha \ n\ R\ (T_{2}-T_{1})=\alpha \ n\ R\ T_{1}\ \left(\left({\frac {P_{2}}{P_{1}}}\right)^{\frac {\gamma -1}{\gamma }}-1\right)~.}$$

โดยสรุปแล้ว

$${\displaystyle {\begin{aligned}T_{2}-T_{1}&=T_{1}\ \left(\left({\frac {P_{2}}{P_{1}}}\right)^{\frac {\gamma -1}{\gamma }}-1\right)\ ,\\{\frac {T_{2}}{T_{1}}}-1&=\left({\frac {P_{2}}{P_{1}}}\right)^{\frac {\gamma -1}{\gamma }}-1\ ,\\T_{2}&=T_{1}\ \left({\frac {P_{2}}{P_{1}}}\right)^{\frac {\gamma -1}{\gamma }}~.\end{aligned}}}$$

การเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในของระบบ เมื่อวัดจากสถานะที่ 1 ไปยังสถานะที่ 2 จะเท่ากับ

ในขณะเดียวกัน งานที่ทำโดยการเปลี่ยนแปลงความดันและปริมาตรอันเป็นผลมาจากกระบวนการนี้ มีค่าเท่ากับ

$${\displaystyle W=\int _{V_{1}}^{V_{2}}\ P\ \mathrm {d} V~.}$$

ซี2

เนื่องจากเราต้องการให้กระบวนการเป็นแบบอะเดียแบติก ดังนั้นสมการต่อไปนี้จึงต้องเป็นจริง

$${\displaystyle \Delta U+W=0~.}$$

ซี3

จากการคำนวณก่อนหน้านี้

$${\displaystyle P\ V^{\gamma }={\text{constant}}=P_{1}\ V_{1}^{\gamma }~.}$$

ซี4

การจัดเรียงใหม่ (c4) ให้ผลลัพธ์ดังนี้

$${\displaystyle P=P_{1}\ \left({\frac {V_{1}}{V}}\right)^{\gamma }~.}$$

เมื่อแทนค่านี้ลงใน (c2) จะได้

$${\displaystyle W=\int _{V_{1}}^{V_{2}}P_{1}\ \left({\frac {V_{1}}{V}}\right)^{\gamma }\ \mathrm {d} V~.}$$

เมื่อทำการอินทิเกรต เราจะได้นิพจน์สำหรับงาน

$${\displaystyle W=P_{1}\ V_{1}^{\gamma }{\frac {V_{2}^{1-\gamma }-V_{1}^{1-\gamma }}{1-\gamma }}={\frac {P_{2}\ V_{2}-P_{1}\ V_{1}}{1-\gamma }}~.}$$

แทนค่าγ = ⁠α + 1/αในภาคเรียนที่สอง

$${\displaystyle W=-\alpha \ P_{1}V_{1}^{\gamma }\ \left(V_{2}^{1-\gamma }-V_{1}^{1-\gamma }\right)~.}$$

การจัดเรียงใหม่

$${\displaystyle W=-\alpha \ P_{1}\ V_{1}\ \left(\left({\frac {V_{2}}{V_{1}}}\right)^{1-\gamma }-1\right)~.}$$

โดยใช้กฎของแก๊สอุดมคติและสมมติว่าปริมาณโมลคงที่ (ซึ่งมักเกิดขึ้นในกรณีทางปฏิบัติ)

$${\displaystyle W=-\alpha \ n\ R\ T_{1}\ \left(\left({\frac {V_{2}}{V_{1}}}\right)^{1-\gamma }-1\right)~.}$$

โดยใช้สูตรต่อเนื่อง

$${\displaystyle {\frac {P_{2}}{P_{1}}}=\left({\frac {V_{2}}{V_{1}}}\right)^{-\gamma }\ ,}$$

หรือ

$${\displaystyle \left({\frac {P_{2}}{P_{1}}}\right)^{-{\frac {1}{\gamma }}}={\frac {V_{2}}{V_{1}}}~.}$$

แทนค่าลงในนิพจน์ก่อนหน้าสำหรับ W

$${\displaystyle W=-\alpha \ n\ R\ T_{1}\ \left(\left({\frac {P_{2}}{P_{1}}}\right)^{\frac {\gamma -1}{\gamma }}-1\right)~.}$$

การแทนที่นิพจน์นี้และ (c1) ใน (c3) จะได้

$${\displaystyle \alpha \ n\ R\ (T_{2}-T_{1})=\alpha \ n\ R\ T_{1}\ \left(\left({\frac {P_{2}}{P_{1}}}\right)^{\frac {\gamma -1}{\gamma }}-1\right)~.}$$

โดยสรุปแล้ว

$${\displaystyle {\begin{aligned}T_{2}-T_{1}&=T_{1}\ \left(\left({\frac {P_{2}}{P_{1}}}\right)^{\frac {\gamma -1}{\gamma }}-1\right)\ ,\\{\frac {T_{2}}{T_{1}}}-1&=\left({\frac {P_{2}}{P_{1}}}\right)^{\frac {\gamma -1}{\gamma }}-1\ ,\\T_{2}&=T_{1}\ \left({\frac {P_{2}}{P_{1}}}\right)^{\frac {\gamma -1}{\gamma }}~.\end{aligned}}}$$

เส้นอะเดียแบทคือเส้นโค้งที่มีเอนโทรปี คงที่ ในแผนภาพ คุณสมบัติบางประการของเส้นอะเดียแบทใน แผนภาพ P - Vแสดงไว้ในภาพ คุณสมบัติเหล่านี้สามารถอ่านได้จากพฤติกรรมแบบคลาสสิกของก๊าซอุดมคติ ยกเว้นในบริเวณที่PVมีค่าน้อย (อุณหภูมิต่ำ) ซึ่งผลกระทบทางควอนตัมจะมีความสำคัญ

1. เส้นอะเดียแบติกทุกเส้นจะเข้าใกล้ แกน V  และ แกน P อย่างไม่มีที่สิ้นสุด  (เช่นเดียวกับเส้นไอโซเทอร์ม )
2. เส้นอะเดียแบติกแต่ละเส้นจะตัดกับเส้นไอโซเทอร์มแต่ละเส้นเพียงครั้งเดียวเท่านั้น
3. เส้นอะเดียแบติกมีลักษณะคล้ายกับเส้นไอโซเทอร์ม ยกเว้นว่าในระหว่างการขยายตัว เส้นอะเดียแบติกจะสูญเสียความดันมากกว่าเส้นไอโซเทอร์ม ดังนั้นจึงมีความชันมากกว่า (แนวตั้งมากกว่า)
4. ถ้าเส้นไอโซเทอร์มมีลักษณะเว้าไปทางทิศตะวันออกเฉียงเหนือ (ทำมุม 45° กับ แกน V  ) เส้นอะเดียแบติกก็จะมีลักษณะเว้าไปทางทิศตะวันออกเฉียงเหนือ (ทำมุม 31° กับ แกน V  )
5. ถ้าหากเราวาดเส้นอะเดียแบติกและเส้นไอโซเทอร์มที่ช่วงเอนโทรปีและอุณหภูมิที่สม่ำเสมอ (เหมือนระดับความสูงบนแผนที่เส้นชั้นความสูง) แล้ว เมื่อสายตาเคลื่อนไปทางแกน (ไปทางทิศตะวันตกเฉียงใต้) จะเห็นว่าความหนาแน่นของเส้นไอโซเทอร์มคงที่ แต่ความหนาแน่นของเส้นอะเดียแบติกจะเพิ่มขึ้น ยกเว้นบริเวณใกล้ศูนย์สัมบูรณ์มาก ๆ ที่ความหนาแน่นของเส้นอะเดียแบติกจะลดลงอย่างรวดเร็วและหายาก (ดูทฤษฎีบทของเนิร์นสต์ )

คำว่าadiabatic ( / ˌ æ d i ə ˈ b æ t ɪ k / ) เป็นการนำคำภาษากรีกἀδιάβατος "ผ่านไม่ได้" (ซึ่งเซโนฟอน ใช้ กับแม่น้ำ) มาใช้ในความหมายทางเทอร์โมไดนามิกโดยRankine (1866) ^{[ 13 ] [ 14 ]}และได้รับการยอมรับโดยMaxwellในปี 1871 (โดยระบุอย่างชัดเจนว่าคำนี้มาจาก Rankine) ^{[ 15 ]} ที่มาทางนิรุกติศาสตร์ในที่นี้สอดคล้องกับความเป็นไปไม่ได้ของการถ่ายโอนพลังงานในรูปของความร้อนและการถ่ายโอนสสารผ่านผนัง

คำภาษากรีกἀδιάβατοςมาจาก คำ นามส่วนตัวἀ- ("ไม่") และδιαβατός "ผ่านได้" ในทางกลับกันมาจากδιά ("ผ่าน") และβαῖνειν ("เดิน ไป มา") ^{[ 16 ]}

นอกจากนี้ ในอุณหพลศาสตร์ของบรรยากาศกระบวนการไดอะแบติกคือกระบวนการที่มีการแลกเปลี่ยนความร้อน^{[ 17 ]}ส่วนกระบวนการอะเดียแบติกนั้นตรงกันข้าม คือกระบวนการที่ไม่มีการแลกเปลี่ยนความร้อน

กระบวนการอะเดียแบติกมีความสำคัญต่ออุณหพลศาสตร์มาตั้งแต่ยุคแรกเริ่ม โดยเฉพาะอย่างยิ่งในงานของจูลเพราะมันเป็นวิธีที่ช่วยให้สามารถเชื่อมโยงปริมาณความร้อนและงานได้อย่างเกือบโดยตรง

พลังงานสามารถเข้าหรือออกจากระบบเทอร์โมไดนามิกที่ล้อมรอบด้วยผนังที่ป้องกันการถ่ายเทมวลได้เฉพาะในรูปของความร้อนหรืองานเท่านั้น ดังนั้น ปริมาณงานในระบบดังกล่าวจึงสามารถสัมพันธ์โดยตรงกับปริมาณความร้อนที่เทียบเท่ากันในวัฏจักรที่มีสองส่วน ส่วนแรกเป็นกระบวนการทำงานแบบอะเดียแบติกที่มีปริมาตรคงที่ซึ่งเพิ่มพลังงานภายใน ของระบบ ส่วนที่สองเป็นการถ่ายเทความร้อนแบบอะเดียแบติกที่ไม่มีปริมาตรคงที่ซึ่งทำให้ระบบกลับคืนสู่สถานะเดิม ดังนั้น Rankine จึงวัดปริมาณความร้อนในหน่วยของงาน แทนที่จะเป็นปริมาณแคลอรีเมตริก^{[ 18 ]}ในปี พ.ศ. 2397 Rankine ใช้ปริมาณที่เขาเรียกว่า "ฟังก์ชันเทอร์โมไดนามิก" ซึ่งต่อมาเรียกว่าเอนโทรปี และในเวลานั้นเขายังเขียนเกี่ยวกับ "เส้นโค้งที่ไม่มีการส่งผ่านความร้อน" ^{[ 19 ]}ซึ่งต่อมาเขาเรียกว่าเส้นโค้งอะเดียแบติก^{[ 13 ]}นอกจากสองส่วนที่เป็นอุณหภูมิคงที่แล้ว วัฏจักรของ Carnot ยังมีสองส่วนที่เป็นอะเดียแบติก

สำหรับพื้นฐานของอุณหพลศาสตร์ ความสำคัญเชิงแนวคิดของเรื่องนี้ได้รับการเน้นย้ำโดย Bryan ^{[ 20 ]}โดย Carathéodory ^{[ 1 ]}และโดย Born ^{[ 21 ]}เหตุผลก็คือ การวัดแคลอรีนั้นตั้งอยู่บนสมมติฐานของอุณหภูมิประเภทหนึ่งตามที่ได้กำหนดไว้แล้วก่อนที่จะมีการกล่าวถึงกฎข้อแรกของอุณหพลศาสตร์ เช่น อุณหภูมิที่อิงตามมาตราส่วนเชิงประจักษ์ สมมติฐานดังกล่าวเกี่ยวข้องกับการแยกแยะระหว่างอุณหภูมิเชิงประจักษ์และอุณหภูมิสัมบูรณ์ ในทางกลับกัน การกำหนดอุณหภูมิสัมบูรณ์ทางอุณหพลศาสตร์นั้นควรปล่อยไว้จนกว่ากฎข้อที่สองจะพร้อมใช้งานเป็นพื้นฐานเชิงแนวคิด^{[ 22 ]}

ในศตวรรษที่สิบแปด กฎการอนุรักษ์พลังงานยังไม่ได้รับการกำหนดหรือวางรากฐานอย่างสมบูรณ์ และธรรมชาติของความร้อนก็ยังเป็นที่ถกเถียงกันอยู่ แนวทางหนึ่งในการแก้ปัญหาเหล่านี้คือการพิจารณาความร้อนที่วัดได้ด้วยแคลอรีเมตรีว่าเป็นสารหลักที่มีปริมาณคงที่ ในช่วงกลางศตวรรษที่สิบเก้า ความร้อนได้รับการยอมรับว่าเป็นรูปแบบหนึ่งของพลังงาน และกฎการอนุรักษ์พลังงานก็ได้รับการยอมรับเช่นกัน มุมมองที่ในที่สุดก็ได้รับการสถาปนาขึ้น และปัจจุบันถือว่าถูกต้อง คือ กฎการอนุรักษ์พลังงานเป็นสัจพจน์หลัก และความร้อนจะต้องได้รับการวิเคราะห์เป็นผลสืบเนื่อง ในแง่นี้ ความร้อนไม่สามารถเป็นส่วนประกอบของพลังงานทั้งหมดของวัตถุชิ้นเดียวได้ เพราะมันไม่ใช่ตัวแปรสถานะแต่เป็นตัวแปรที่อธิบายการถ่ายโอนระหว่างวัตถุสองชิ้น กระบวนการอะเดียแบติกมีความสำคัญเพราะเป็นส่วนประกอบเชิงตรรกะของมุมมองปัจจุบันนี้^{[ 22 ]}

บทความนี้เขียนขึ้นจากมุมมองของอุณหพลศาสตร์ระดับมหภาค และคำว่า"อะเดียแบติก"ในบทความนี้ใช้ในความหมายดั้งเดิมของอุณหพลศาสตร์ตามที่แรงคินได้แนะนำไว้ บทความนี้ชี้ให้เห็นว่า ตัวอย่างเช่น หากการอัดแก๊สเกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว จะมีเวลาน้อยมากสำหรับการถ่ายเทความร้อน แม้ว่าแก๊สจะไม่ได้ถูกแยกออกจากกันแบบอะเดียแบติกด้วยผนังที่แน่นอนก็ตาม ในแง่นี้ การอัดแก๊สอย่างรวดเร็วบางครั้งจึงถูกกล่าวโดยประมาณหรืออย่างหลวมๆ ว่าเป็นอะเดียแบติกแม้ว่ามักจะห่างไกลจากไอเซนโทรปิก แม้ว่าแก๊สจะไม่ได้ถูกแยกออกจากกันแบบอะเดียแบติกด้วยผนังที่แน่นอนก็ตาม

ผู้เขียนบางท่าน เช่นPippardแนะนำให้ใช้คำว่า "adiathermal" เพื่ออ้างถึงกระบวนการที่ไม่มีการแลกเปลี่ยนความร้อนเกิดขึ้น (เช่น การขยายตัวของจูล) และใช้คำว่า "adiabatic" เพื่ออ้างถึงกระบวนการ adiathermal กึ่งคงที่แบบย้อนกลับได้ (ดังนั้นการบีบอัดก๊าซอย่างรวดเร็วจึงไม่ใช่ "adiabatic") ^{[ 23 ]}และLaidlerได้สรุปรากศัพท์ที่ซับซ้อนของคำว่า "adiabatic" ไว้^{[ 24 ]}

อย่างไรก็ตาม กลศาสตร์ควอนตัมและกลศาสตร์สถิติควอนตัมใช้คำว่า"อะเดียแบติก" ในความหมายที่แตกต่างออกไปซึ่งบางครั้งอาจดูเหมือนตรงกันข้ามกับความหมายในอุณหพลศาสตร์แบบคลาสสิก ในทฤษฎีควอนตัม คำว่า " อะเดียแบติก " อาจหมายถึงบางสิ่งที่ใกล้เคียงกับไอเซนโทรปิกหรือใกล้เคียงกับกึ่งสถิตแต่การใช้คำนี้แตกต่างกันมากระหว่างสองสาขาวิชานี้

ในทฤษฎีควอนตัมอีกด้านหนึ่ง หากองค์ประกอบรบกวนของการทำงานแบบบีบอัดเกิดขึ้นอย่างช้ามากจนแทบไม่มีที่สิ้นสุด (กล่าวคือแบบกึ่งสถิต) จะกล่าวได้ว่าการทำงานนั้นเกิดขึ้นแบบอะเดียแบติกแนวคิดก็คือ รูปร่างของฟังก์ชันเฉพาะจะเปลี่ยนแปลงอย่างช้าๆ และต่อเนื่อง ดังนั้นจึงไม่มีการกระโดดควอนตัมเกิดขึ้น และการเปลี่ยนแปลงนั้นสามารถย้อนกลับได้เกือบทั้งหมด ในขณะที่จำนวนการครอบครองยังคงไม่เปลี่ยนแปลง แต่ระดับพลังงานของสถานะเฉพาะที่สอดคล้องกันแบบหนึ่งต่อหนึ่งก่อนและหลังการบีบอัดนั้นมีการเปลี่ยนแปลง ดังนั้นองค์ประกอบรบกวนของการทำงานจึงเกิดขึ้นโดยปราศจากการถ่ายเทความร้อนและไม่มีการเปลี่ยนแปลงแบบสุ่มเกิดขึ้นภายในระบบ ตัวอย่างเช่นแม็กซ์ บอร์นเขียนไว้ ว่า

อันที่จริงแล้ว โดยปกติเราจะต้องพิจารณากรณี 'อะเดียแบติก' นั่นคือกรณีจำกัดที่แรงภายนอก (หรือปฏิกิริยาของส่วนต่างๆ ในระบบที่มีต่อกัน) กระทำอย่างช้ามาก ในกรณีนี้ โดยประมาณอย่างแม่นยำที่สุด

$${\displaystyle c_{1}^{2}=1,~c_{2}^{2}=0,~c_{3}^{2}=0,\ ...~.}$$

นั่นคือไม่มีความน่าจะเป็นสำหรับการเปลี่ยนผ่าน และระบบจะอยู่ในสถานะเริ่มต้นหลังจากหยุดการรบกวน การรบกวนที่ช้าเช่นนี้จึงสามารถย้อนกลับได้ เช่นเดียวกับในเชิงคลาสสิก^{[ 25 ]}

ในทางกลับกัน ในทฤษฎีควอนตัม หากมีการกระทำแบบรบกวนด้วยแรงอัดอย่างรวดเร็ว จะทำให้จำนวนการครอบครองและพลังงานของสถานะเฉพาะเปลี่ยนแปลงไปตามสัดส่วนของปริพันธ์โมเมนต์การเปลี่ยนผ่านและสอดคล้องกับทฤษฎีการรบกวนแบบขึ้นอยู่กับเวลา รวมทั้งรบกวนรูปแบบการทำงานของสถานะเฉพาะเหล่านั้นด้วย ในทฤษฎีนั้น การเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วเช่นนี้เรียกว่าไม่ใช่แบบอะเดียแบติกและใช้ คำว่า ไดอะแบติกซึ่งตรงกันข้ามกับแบบอะเดียแบติกแทน

งานวิจัยล่าสุด^{[ 26 ]}ชี้ให้เห็นว่าพลังงานที่ดูดซับจากการรบกวนสอดคล้องกับอัตราของการเปลี่ยนผ่านที่ไม่ใช่แบบอะเดียแบติกเหล่านี้ ซึ่งสอดคล้องกับกระบวนการถ่ายโอนพลังงานแบบคลาสสิกในรูปของความร้อน แต่มาตราส่วนเวลาสัมพัทธ์กลับกันในกรณีควอนตัม กระบวนการอะเดียแบติกควอนตัมเกิดขึ้นในมาตราส่วนเวลาที่ค่อนข้างยาว ในขณะที่กระบวนการอะเดียแบติกแบบคลาสสิกเกิดขึ้นในมาตราส่วนเวลาที่ค่อนข้างสั้น ควรสังเกตด้วยว่าแนวคิดของ 'ความร้อน' (โดยอ้างอิงถึงปริมาณพลังงานความร้อนที่ถ่ายโอน) จะใช้ไม่ได้ในระดับควอนตัม และต้องพิจารณารูปแบบเฉพาะของพลังงาน (โดยทั่วไปคือแม่เหล็กไฟฟ้า) แทน การดูดซับพลังงานเล็กน้อยหรือไม่มีนัยสำคัญจากการรบกวนในกระบวนการอะเดียแบติกควอนตัมเป็นเหตุผลที่ดีในการระบุว่าเป็นอนาล็อกควอนตัมของกระบวนการอะเดียแบติกในอุณหพลศาสตร์แบบคลาสสิก และสำหรับการนำคำนี้กลับมาใช้ใหม่

ในอุณหพลศาสตร์แบบดั้งเดิม การเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วเช่นนี้จะยังคงเรียกว่าการเปลี่ยนแปลงแบบอะเดียแบติก เนื่องจากระบบถูกแยกออกจากสิ่งแวดล้อมภายนอก และไม่มีการถ่ายเทพลังงานในรูปของความร้อน ความไม่สามารถย้อนกลับได้อย่างรุนแรงของการเปลี่ยนแปลง อันเนื่องมาจากความหนืดหรือการผลิตเอนโทรปี อื่นๆ ไม่ได้ส่งผลกระทบต่อการใช้งานแบบดั้งเดิมนี้

ดังนั้น สำหรับมวลของแก๊ส ในอุณหพลศาสตร์ระดับมหภาค คำต่างๆ ถูกใช้ในลักษณะที่ว่า การอัดตัวบางครั้งอาจถูกเรียกว่าเป็นการอัดตัวแบบอะเดียแบติกอย่างคร่าวๆ หรือโดยประมาณ หากการอัดตัวนั้นเกิดขึ้นเร็วพอที่จะหลีกเลี่ยงการถ่ายเทความร้อนอย่างมีนัยสำคัญ แม้ว่าระบบจะไม่ถูกแยกออกจากสิ่งแวดล้อมอย่างสมบูรณ์ก็ตาม แต่ในทฤษฎีสถิติควอนตัม การอัดตัวจะไม่ถูกเรียกว่าเป็นการอัดตัวแบบอะเดียแบติกหากมันเกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว แม้ว่าระบบจะถูกแยกออกจากสิ่งแวดล้อมอย่างสมบูรณ์ในความหมายทางอุณหพลศาสตร์แบบคลาสสิกก็ตาม คำต่างๆ ถูกใช้แตกต่างกันในสองสาขาวิชา ดังที่กล่าวไว้ข้างต้น

ค้นหาคำว่า adiabaticใน Wiktionary ซึ่งเป็นพจนานุกรมออนไลน์ฟรี

สื่อที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการอะเดียแบติกในวิกิมีเดียคอมมอนส์

• บทความในสารานุกรม HyperPhysics