Trasformazioni adiabatiche

Una trasformazione adiabatica è un particolare tipo di trasformazione termodinamica in cui non vi è scambio di calore con l’ambiente esterno. Per un gas perfetto le trasformazioni adiabatiche reversibili (che avvengono attraverso una successione di stati di equilibrio e in assenza di attriti) seguono una legge espressa dalla relazione

PVg = costante

dove P e V indicano la pressione e il volume del gas ad un determinato istante e g il rapporto tra i calori specifici del gas a pressione e a volume costante.
Il gas subendo un'espansione adiabatica, si raffredda; al contrario, se viene compresso, si riscalda.
Ciò avviene perché il gas, espandendosi, compie lavoro, a spese della sua energia interna. Il contrario avviene durante una compressione in cui il lavoro fatto sul gas ne aumenta l'energia interna. Poiché l'energia interna del gas è direttamente proporzionale alla sua temperatura assoluta, quando esso si espande la temperatura diminuisce e aumenta quando viene compresso.
Le trasformazioni adiabatiche reversibili sono praticamente irrealizzabili in natura e ciò a causa del non perfetto isolamento termico e soprattutto per l'inevitabile presenza degli attriti. Mentre è praticamente impossibile ovviare a quest'ultimo inconveniente, il primo può essere superato conducendo la trasformazione in tempi molto rapidi.
Un tipico esempio di trasformazione adiabatica e fornito dalla usuale esperienza che consiste nel gonfiare le ruote di una bicicletta per mezzo di una comune pompa a stantuffo. Come è noto la rapida compressione dell'aria in essa contenuta provoca un percettibile aumento della temperatura.
Verrà ora descritto un apparato sperimentale per mezzo del quale è possibile studiare questo genere di trasformazioni.
Le Figure 1 e 2 mostrano, rispettivamente,
l'apparato sperimentale utilizzato per condurre l'esperimento e un particolare del cilindro in plexiglas contenente il gas. L'apparato è progettato per funzionare esclusivamente con un sistema di acquisizione on-line.
Abbassando e sollevando la leva si provocano delle compressioni e delle espansioni. Poiché il cilindro in plexiglas non è isolato termicamente dall'ambiente esterno è possibile realizzare solo trasformazioni adiabatiche irreversibili operando la trasformazione molto rapidamente. Si ottengono buoni risultati per trasformazioni della durata complessiva di circa un secondo

Figura 1 - Apparato sperimentale.

Figura 2 - Particolare del cilindro.

Esperimento