Techniklexikon

adiabatische Zustandsänderung

thermodynamischer Prozess, der ohne Wärmeaustausch mit der Umgebung abläuft. Der von Rankine eingeführte Begriff adiabatisch bedeutet soviel wie "nicht hindurchtretend". Adiabatische Zustandsänderungen sind durch die Bedingung DQ = 0 (Q: = Wärme) gekennzeichnet. Nach dem ersten Haupsatz gilt daher dU = dW, das System leistet demzufolge ausschliesslich auf Kosten der inneren Energie U die Arbeit W.

Systeme, in denen adiabatische Prozesse ablaufen, sind thermisch isoliert, was in der Praxis meist durch Verwendung entprechender Isoliergefässe (Dewar-Gefässe) erreicht wird. In guter Näherung lassen sich auch solche Prozesse als adiabatisch bezeichnen, die so schnell ablaufen, dass sich entstehende Temperaturdifferenzen nicht ausgleichen können. Dies ist beispielsweise bei der Schallausbreitung der Fall. (Adiabatengleichung)

Adiabatische Zustandsänderungen können reversibel oder irreversibel verlaufen. Für reversible Prozesse ist die Arbeit dW =  - pdV (p ist der Druck, V das Volumen), und für die Änderung der inneren Energie gilt dU = C_VdT + (¶U/¶V)_TdV, wobei C_V die Wärmekapazität bei konstantem Volumen und T die Temperatur ist. Damit ergibt sich C_VdT + {(¶U/¶V)_T + p}dV = 0. Verwendet man jetzt die Beziehung C_p - C_V = {(¶U/¶V)_T + p}(¶V/¶T)_p zwischen den Wärmekapazitäten bei konstantem Druck C_p und konstantem Volumen C_V, so erhält man die Differentialgleichung für adiabatische Zustandsänderungen:

(¶T/¶V)_ad = (1 - k)(¶V/¶T)_p ,

wobei k = C_p/C_V der sogenannte Adiabatenexponent ist. Speziell für ein ideales Gas ergibt sich daraus die Adiabatengleichung.

Bisweilen werden adiabatische Prozesse auch zusätzlich als quasistatisch definiert; und zwar dann, wenn die Zustandsänderungen hinreichend langsam ablaufen, so dass sich das System in jedem Zeitpunkt im Gleichgewicht mit seiner Umgebung befindet. Ein Beispiel hierfür ist die adiabatische Expansion eines Gases. Ein solcher Prozess ist reversibel, die Entropie bleibt konstant, daher auch die exaktere Bezeichnung isentropisch für den quasistatischen adiabatischen Vorgang.

Irreversible, also unter Zunahme der Entropie ablaufende Prozesse sind z.B. der Drosselvorgang bei einem Gas oder die Mischung von Gasen oder Flüssigkeiten ohne Wärmeaustausch mit der Umgebung.