Se un processo è sia isotermico che adiabatico, è implicito che il lavoro svolto sul sistema venga immagazzinato in un luogo diverso dall'energia interna del fluido di lavoro. (O al contrario, se il sistema sta funzionando , l'energia proviene da un luogo diverso dall'energia interna.)

Il classico esempio di un tale processo è espansione libera di un gas ideale (chiamato anche espansione di Joule), anche se in questo caso non c'è lavoro da fare.

Un altro esempio a cui posso pensare è un cilindro-pistone verticale ben isolato riempito con una miscela satura di gas e liquido. Il pistone è privo di attrito e può muoversi liberamente su e giù. Se una bacchetta viene immersa nel liquido e fatta girare, agirà sul liquido aumentandone l'entalpia. Normalmente, ciò comporterebbe un aumento della temperatura, tuttavia poiché la miscela è satura e mantenuta a una pressione costante (tramite il pistone), anche la sua temperatura deve essere costante come richiesto dalla regola di fase di Gibbs. L'energia aggiunta dall'agitazione viene invece utilizzata per sollevare il pistone. Fondamentalmente, il lavoro dell'albero passa attraverso il fluido e nel pistone sotto forma di maggiore energia potenziale; l'unico cambiamento nel fluido di lavoro sono le proporzioni di gas e liquido.

Una configurazione simile, sia adiabatica che isotermica, potrebbe anche essere possibile utilizzando una reazione chimica invece di una miscela satura. Si consideri lo stesso pistone-cilindro di prima, ma questa volta è riempito di due gas in equilibrio chimico tra loro; cioè una reazione come $ A {\ rightleftharpoons} B $ dove la reazione è esotermica in una direzione ed endotermica nell'altra. Se il pistone viene utilizzato per comprimere il gas, si riscalderà e la pressione aumentata farà sì che la reazione cerchi un nuovo equilibrio. Se il nuovo equilibrio è nella direzione endotermica, ridurrebbe la temperatura ed eventualmente annullerebbe l'aumento della compressione. Il lavoro sul pistone andrebbe nel potenziale chimico della miscela senza modificarne la temperatura. Non conosco alcuna reazione come questa, ma non riesco nemmeno a pensare a nessun motivo per cui non sarebbe possibile. Forse qualcuno con più conoscenze in chimica può controllarmi su questo.

Un processo isotermico è, quasi per definizione, un processo in cui il fluido su cui si lavora può mantenere la sua temperatura costante scambiando energia con un serbatoio esterno, mentre un processo adiabatico è definito da ciò che non accade.

Tutti questi processi sono casi speciali di processi politropici. Un processo isotermico come il coefficiente poitropico $ n = 1 $ , un processo isoentropico - il caso reversibile di un processo adiabatico - ha $ n = \ kappa $ con $ \ kappa = \ frac {C_p} {C_v} $ . Osservando la relazione tra queste capacità termiche, ciò è impossibile poiché non possono essere uguali.

Cambiamenti di fase?

Carlton scrive:

Un'altra fonte di immagazzinamento / rilascio di energia a cui posso pensare è un cambiamento di fase, cioè vapore-acqua-ghiaccio. Due di queste fasi possono esistere simultaneamente a temperatura costante ma in un intervallo di pressioni. Quindi c'è una certa capacità di immagazzinare / rilasciare energia senza cambiare la temperatura.

Questo sembra essere sbagliato: prendere una miscela di vapore / acqua all'equilibrio in un cilindro a pressione. Il volume viene ridotto dalla forza esterna, la pressione e la temperatura della fase gassosa aumentano (processo adiabatico). A causa della nuova pressione, per condensazione si stabilirà un nuovo equilibrio tra la fase vapore e quella liquida. L'entalpia di evaporazione viene quindi rilasciata come calore. Affinché il cambio di fase immagazzini energia senza aumentare la temperatura, la condensa dovrebbe assorbire il calore, non rilasciarlo.

Processi chimici?

Carlton suggerisce anche :

Considera un gas chimicamente reattivo all'equilibrio in una configurazione pistone-cilindro isolata. Quando il pistone viene sollevato dalla pressione del gas, la temperatura e la pressione diminuiscono e quindi l'equilibrio chimico viene disturbato. Il gas reagisce (chimicamente), rilasciando energia nel processo fino a quando non viene stabilito un nuovo equilibrio alla temperatura originale. Pertanto, l'intero processo sarebbe sia adiabatico che isotermico. Non conosco una reazione del genere, ma è certamente possibile.

Non sono convinto che esista una reazione del genere e dovrei (ri) imparare un sacco di chimica fisica per iniziare a rispondere alla domanda se è teoricamente possibile. In effetti, stiamo cercando una reazione in cui un cambiamento nella fase gassosa sia in qualche modo esotermico, abbastanza da compensare l'entalpia di evaporazione. In alternativa, potremmo cercare una reazione come questa:

$$ A_g + B_g {\ rightleftharpoons} AB_g $$

con la reazione di sintesi endotermica.

Ora, non posso provare che ciò sia impossibile ma ho la forte sensazione che sia: ci sarebbe una straordinaria applicazione nell'accumulo di energia. Un grosso problema con l ' accumulo di energia ad aria compressa (CAES) è il calore generato nella compressione adiabatica, necessario anche per l'espansione adiabatica.

Tradizionalmente, il calore di espansione viene fornito bruciando gas naturale con l'aria espansa (quindi solo una parte dell'energia fornita proviene dall'aria compressa), una nuova proposta è stata l'impianto (canceld) ADELE che avrebbe utilizzato enormi accumulatori termici a letto imballato.

Se qualcuno aveva trovato una reazione chimica che consente processi de-facto adiabatico-isotermici, l'applicazione killer per questo già qui e probabilmente l'avremmo vista in azione.

La temperatura varia durante il processo adiabatico e per questo motivo questo processo non è affatto isotermico

tipico esempio di Adiabatico combinato con processo isotermico; Un compressore d'aria a flusso assiale con intercooler e after cooler:

Il processo di compressione adiabatica di un compressore d'aria a flusso assiale multistadio con intercooler tra gli stadi dall'aspirazione allo scarico finale è effettivamente molto vicino al processo isotermico poiché gli intercooler l'aumento della temperatura dopo ogni fase

Poiché l'aria viene compressa adiabaticamente, il lavoro svolto sull'albero provoca un aumento della pressione e della temperatura all'uscita del primo stadio Questa temperatura viene raffreddata alla temperatura iniziale dall'intercooler

Queste azioni si ripetono nelle fasi successive e raggiungono la pressione di scarico finale e la temperatura finale viene ulteriormente ridotta nel post-raffreddatore alla temperatura iniziale

l'intero processo è compressione adiabatica in fasi con temperature di uscita dallo stadio mantenute almo st costante come la temperatura iniziale che incorpora le strutture degli intercooler e una struttura del postrefrigeratore rendendo il processo dall'aspirazione allo scarico isotermico