Adiabatic change - dannetsuhenka

Japanese: 断熱変化 - だんねつへんか

A change that is maintained so that no heat flows in or out of the outside. It is also called an adiabatic process. To realize this change, all that is needed is to surround the object (working body) with a perfect thermal insulator (a material with infinite thermal resistivity). Since perfect thermal insulators do not actually exist, strictly speaking, the concept of adiabatic change is an ideal one to consider in thermodynamics, similar to the concept of an ideal gas. On the other hand, since the rate of heat transfer is slow, in alternating current changes with frequencies of about 1 Hz or more, the transfer of heat between the inside and outside can be ignored, and this change can be considered an adiabatic change. This is one way to approximately realize an adiabatic change.

There are two types of adiabatic changes: adiabatic reversible changes and adiabatic irreversible changes. According to thermodynamics, when a system in consideration absorbs a minute amount of heat d'Q from the outside and the entropy S of the system changes by dS, if this change is reversible, the equation dS = d'Q/T holds, and if it is irreversible, the inequality dS > d'Q/T holds. However, T is the absolute temperature of the system. In adiabatic change, d'Q = 0, so in adiabatic reversible change, dS = 0, and in adiabatic irreversible change, dS > 0. In other words, when a system is maintained adiabatically, if the only changes that occur within it are reversible, S remains constant, but strictly speaking, all changes that occur within a system are irreversible, so in a system that is thermally insulated from the outside world, the entropy of the system increases every time some change occurs. This is called the principle of increasing entropy.

[Shozo Sawada]

weather

Adiabatic changes include adiabatic cooling and adiabatic heating; the former is accompanied by the expansion of the system, and the latter by compression. For example, when an air particle rises, the surrounding air pressure decreases, so the air particle expands. If there is no heat exchange between the particle and the surroundings, the energy required for expansion is met by the internal energy of the air particle, so the internal energy decreases by that amount, and the temperature of the air particle drops accordingly. This is adiabatic cooling. On the other hand, when an air particle descends, the air particle is compressed, causing adiabatic heating. In most cases, the movement of the atmosphere can be considered adiabatic. Adiabatic cooling and condensation of water vapor associated with the upward movement of air containing water vapor are the main factors in the formation of clouds. The Föhn phenomenon is known as the most typical example of adiabatic change.

[Hiroshi Matano]

[Reference] | Entropy | Reversible change | Föhn | Irreversible change

Source: Shogakukan Encyclopedia Nipponica About Encyclopedia Nipponica Information | Legend

Japanese:

外部との間の熱量の出入りがないように保持された変化。断熱過程ともいう。この変化を実現するのには、物体（作業体）を完全な熱絶縁物（無限大の熱抵抗率をもつ物質）で囲めばよい。完全な熱絶縁物は実際には存在しないから、断熱変化という概念は、厳密には、理想気体という概念などと同様に、熱力学で考える理想的なものである。一方、熱の移動速度は遅いので、周波数が1ヘルツ程度以上の交流的変化では、内部・外部間の熱の移動は無視することができて、この変化は断熱変化と考えることができる。これが断熱変化を近似的に実現する一つの方法である。

　断熱変化には断熱可逆変化と断熱不可逆変化とがある。熱力学によると、考える体系が外部から微少な熱量d´Qを吸収して、この系のエントロピーSがdSだけ変化するとき、この変化が可逆であればdS=d′Q/Tという等式が、不可逆であればdS＞d′Q/Tという不等式が成立する。ただし、Tはこの系の絶対温度である。断熱変化ではd´Q=0であるから、断熱可逆変化ではdS=0であり、断熱不可逆変化ではdS＞0である。すなわち、一つの系が断熱的に保持されているとき、そのなかにおこる変化が可逆的なものだけならば、Sは一定に保たれるが、系のなかにおこる変化は、厳密にはすべて不可逆であるから、結局、外界から熱的に絶縁された系においては、なんらかの変化がおこるたびに、この系のエントロピーは増大する一方である。これがエントロピー増大の原理とよばれるものである。

［沢田正三］

気象

断熱変化には断熱冷却と断熱昇温があり、前者には系の膨張、後者には系の圧縮が伴う。たとえば、空気粒子が上昇するときは周囲の気圧が低くなるので、空気粒子は膨張する。このとき、粒子と周囲との間に熱の交換がないとすれば、膨張に必要なエネルギーは空気粒子の内部エネルギーによって充当されるので、その分だけ内部エネルギーが減少し、それに応じて、空気粒子の気温は低下する。これが断熱冷却である。一方、空気粒子が下降するときは、空気粒子は圧縮され、断熱昇温をおこす。大気の運動は、多くの場合、断熱的であると考えてよい。水蒸気を含んだ空気の上昇運動に伴う断熱冷却と水蒸気の凝結は、雲の生成の主要な要因である。また、フェーン現象は断熱変化のもっとも典型的な例として知られている。

［股野宏志］

[参照項目] | エントロピー | 可逆変化 | フェーン | 不可逆変化

出典　小学館　日本大百科全書(ニッポニカ)日本大百科全書(ニッポニカ)について　情報 | 凡例

<<: Heat insulating brick

>>: Adiabatic diagram - Dannetsuzu (English spelling)