Ecoul: cum calculezi distanța până la obstacol
Sunetul merge până la obstacol și revine. Desenează ambele segmente ale drumului ca să înțelegi de ce împarți produsul viteză–timp la doi.
Înapoi la blog

21 octombrie 2026
7 min citire
O transformare adiabatică se desfășoară fără schimb de căldură între gaz și exterior. Gazul poate totuși schimba energie prin lucru mecanic, iar temperatura sa se poate modifica. Pentru o transformare adiabatică reversibilă a gazului ideal, relațiile lui Poisson leagă presiunea, volumul și temperatura prin exponentul adiabatic.
Lecția aparține modulului Elemente de termodinamică, pentru profilurile real, militar și tehnologic din programa oficială consultată. Calculele cu relațiile lui Poisson presupun aceeași cantitate de gaz ideal, proces reversibil cvasistatic, numai lucru de volum și capacități calorice constante. Distincția dintre această transformare și dilatarea liberă este verificată în referința OpenStax despre procese adiabatice. Exemplele sunt originale.
Folosim convenția în care lucrul L efectuat de gaz este pozitiv la dilatare. Primul principiu este ΔU = Q − L. Pentru un proces adiabatic, ΔU = −L. Dacă gazul efectuează lucru pozitiv, energia sa internă scade; dacă exteriorul îl comprimă și L este negativ, energia internă crește.
Pentru gaz ideal, cu Cv constant, ΔU = nCv(T₂ − T₁). Prin urmare, lucrul adiabatic poate fi scris L = nCv(T₁ − T₂). Temperatura trebuie să fie exprimată în kelvini, iar semnul diferenței verifică sensul transferului.
Faptul că Q este zero nu obligă L sau ΔU să fie zero. Cuvântul „adiabatic” descrie transferul termic, nu toate formele de transfer energetic. Un înveliș izolator poate împiedica schimbul de căldură, în timp ce un piston permite lucru mecanic.
Notăm cu γ raportul capacităților calorice molare: γ = Cp/Cv. Pentru gaz ideal, Cp − Cv = R, deci γ este mai mare decât unu în modelele calorice uzuale. Relațiile pot fi inversate: Cv = R/(γ − 1) și Cp = γR/(γ − 1).
Pentru gaz ideal monoatomic, Cv = 3R/2 și γ = 5/3. Pentru modelul diatomic cu rotații active și vibrații neglijate, Cv = 5R/2 și γ = 7/5. Folosește modelul sau valoarea oferită în enunț; nu presupune același γ pentru toate gazele și toate temperaturile.
Exponentul nu este cantitatea de gaz și nu are unitate. El caracterizează raportul coeficienților în modelul termic folosit. Cantitatea n influențează energia totală, dar nu apare în raporturile de stare ale aceleiași probe.
Pentru adiabata reversibilă a gazului ideal cu γ constant, pV^γ = constant și TV^(γ − 1) = constant. Între două stări, acestea dau p₂ = p₁(V₁/V₂)^γ și T₂ = T₁(V₁/V₂)^(γ − 1).
La comprimare, V₁/V₂ este mai mare decât unu, deci presiunea și temperatura cresc. La dilatare, raportul este sub unu, deci ambele scad. Acest control de sens trebuie făcut înainte de evaluarea puterilor.
Nu folosi pV = constant pentru o adiabată reversibilă obișnuită. Aceasta este relația izotermei gazului ideal, iar într-o adiabată temperatura se modifică atunci când gazul efectuează sau primește lucru nenul.
| Proces idealizat | Relație de stare | Transfer termic |
|---|---|---|
| Izoterm reversibil | pV constant | Poate fi nenul |
| Adiabatic reversibil | pV^γ constant | Q = 0 |
| Izocor | p/T constant | Depinde de încălzire sau răcire |
| Izobar | V/T constant | Depinde de încălzire sau răcire |
Un gaz ideal monoatomic este comprimat adiabatic reversibil de la volumul V₁ la V₂ = V₁/8. Temperatura inițială este 200 K, iar presiunea inițială 100 kPa. Se ia γ = 5/3. Află temperatura și presiunea finale.
Raportul volumelor V₁/V₂ este opt. Temperatura se multiplică cu 8^(2/3). Rădăcina cubică a lui opt este doi, iar pătratul este patru. Rezultă T₂ = 800 K.
Presiunea se multiplică cu 8^(5/3), adică 2⁵ = 32. Presiunea finală este 3200 kPa. Verificarea prin ecuația de stare dă p₂V₂/(p₁V₁) = 32/8 = 4, egal cu T₂/T₁.
Valorile sunt un exercițiu matematic pentru modelul ideal. Nu reprezintă parametri recomandați pentru un recipient real. În rezolvarea școlară, consistența celor două relații este controlul important.
Folosind Cv = R/(γ − 1) și pV = nRT, obținem L = (p₁V₁ − p₂V₂)/(γ − 1). Produsul pV trebuie exprimat în jouli. La comprimare, temperatura și pV cresc, astfel încât numărătorul este negativ, iar lucrul gazului este negativ.
Pentru exemplul anterior, alegem V₁ = 8 L, deci V₂ = 1 L. Produsul inițial este 100 × 8 = 800 J, iar cel final 3200 × 1 = 3200 J. Lucrul este (800 − 3200)/(2/3) = −3600 J.
Energia internă crește cu 3600 J. Căldura rămâne zero. Dacă se cere lucrul efectuat de exterior asupra gazului, acesta este 3600 J, pozitiv ca energie primită prin lucru. Eticheta mărimii trebuie păstrată pentru a evita un răspuns cu semn aparent contradictoriu.
Dacă gazul revine reversibil pe aceeași adiabată de la starea finală la cea inițială, lucrul devine +3600 J. Gazul se răcește de la 800 K la 200 K și transformă o parte din energia internă în lucru asupra exteriorului.
Lucrul pozitiv nu provine din căldură primită în acea etapă, deoarece Q = 0. El provine din scăderea energiei interne. Această interpretare previne ideea greșită că un gaz poate efectua lucru numai dacă primește simultan căldură.
Pentru două stări fixate pe aceeași adiabată, inversarea sensului schimbă semnul lui L și al lui ΔU. Raporturile de temperatură și volum se inversează, dar relațiile de stare rămân aceleași.
Să dilatăm același gaz de la același punct inițial până la un volum final mai mare. Pe izotermă, presiunea scade invers proporțional cu volumul. Pe adiabata reversibilă, scade cu puterea γ, mai mare decât unu, deci presiunea finală este mai mică.
De exemplu, pentru dublarea volumului, izoterma dă p₂ = p₁/2. O adiabată cu γ = 5/3 dă p₂ = p₁/2^(5/3), aproximativ 0,315p₁. Gazul adiabatic se răcește, ceea ce explică presiunea mai mică la același volum final.
Aria sub adiabata de dilatare este mai mică decât sub izoterma pornită din aceeași stare. Comparația păstrează același volum final și același punct inițial; fără aceste condiții nu poți compara arbitrar lucrurile a două procese diferite.
O dilatare liberă în vid într-un ansamblu izolat poate avea Q = 0 și L = 0. Pentru gaz ideal, ΔU = 0 și temperatura finală este aceeași ca la început. Procesul nu este reversibil cvasistatic și nu respectă, în general, relația pV^γ = constant între stări.
Prin urmare, înainte de Poisson verifici și reversibilitatea modelului, nu numai cuvântul „adiabatic”. Primul principiu rămâne aplicabil bilanțului, dar relația suplimentară de stare pe traseu cere ipotezele sale proprii.
Exercițiul 1. Un gaz adiabatic efectuează 250 J lucru. Care sunt Q și ΔU?
Soluție: Q = 0, iar ΔU = −250 J, în convenția lucrului efectuat de gaz.
Exercițiul 2. Pentru γ = 1,4, află Cv în funcție de R.
Soluție: Cv = R/0,4 = 2,5R, iar Cp = 3,5R.
Exercițiul 3. Un gaz monoatomic se dilată reversibil adiabatic de opt ori în volum. Cum se schimbă temperatura?
Soluție: T₂/T₁ = (1/8)^(2/3) = 1/4. Temperatura absolută se reduce de patru ori.
Nu. Înseamnă lipsa schimbului de căldură. Gazul poate schimba energie prin lucru și poate avea o frontieră mobilă.
Nu. Relațiile lui Poisson folosesc temperaturi absolute, exprimate în kelvini.
Nu. Adiabaticitatea depinde de schimbul de căldură în procesul analizat. O comprimare poate fi și izotermă sau poate urma alt traseu.
Compară ipotezele cu cele din arhiva de subiecte BAC. Explicarea transferurilor susține învățarea prin înțelegere, iar un profesor de fizică poate verifica alegerea relației potrivite.
Transformarea adiabatică și aplicarea primului principiu sunt incluse în programa oficială de fizică. Documentul istoric a fost verificat pentru domeniul lecției, fără afirmații despre o nouă programă anuală.
Curriculum scope; all pages visually inspected. Original explanations and examples.
Curriculum scope; all pages visually inspected. Original explanations and examples. (www.edu.ro)Supporting verification as cited in original manuscript.
Supporting verification as cited in original manuscript. (openstax.org)Sunetul merge până la obstacol și revine. Desenează ambele segmente ale drumului ca să înțelegi de ce împarți produsul viteză–timp la doi.
La osmoză urmărești apa și permeabilitatea membranei. La difuzie urmărești particulele unei substanțe și gradientul lor, fără a confunda sensurile.