絕熱過程(Adiabatic process)
絕熱過程(Adiabatic process)
國立臺灣大學化學系學士生張育唐/國立臺灣大學化學系陳藹然博士責任編輯
絕熱過程是在熱力學(thermodynamics)當中常見的一個變化過程，指沒有任何能量以熱的形式進出系統(A process in which no energy as heat flows into or out of the system)。絕熱過程中系統不會與外界交換熱量、粒子，具有熱力學上重要的特性，經常被在熱力學當中被討論。
以熱力學方程式來解釋絕熱系統。在熱力學中，第一熱力學定律(The first law of thermodynamics)告訴我們：能量守恆；故系統內的能量為系統內所有粒子的位能與動能的總和。系統的內能(Internal energy, U)會因為熱(Heat, q)與功(Work, w)改變，所以內能的變化就可以表示為：
ΔU = q + w
而在絕熱過程當中，其系統內外的熱量交流為0，即熱量變化q = 0，可將式子改寫得到：
ΔU = w
值得注意的是，絕熱過程經常與等溫過程(Isothermal process)混淆，等溫過程為「過程中無溫度變化」，即ΔT = 0。又 ΔU = Cv ΔT，透過溫度的無變化，得到的是內能的變化為0，故推得等溫過程中q = –w。由此可看到兩者的意義是不相同的。對於一個封閉系統施加壓力（例如嘴巴貼著手臂吹氣或吸氣），可以清楚感受到溫度的改變，亦即絕熱過程雖然完全阻隔了熱量的傳遞，但其並無法令系統內的溫度維持一定。
在可逆的絕熱過程當中，根據熵的定義 ΔS = qrev / T，可以發現其熵改變為零。
絕熱過程的一個特徵是，隨著系統體積的變化，其壓力的改變較等溫過程為劇烈。（見圖一）
圖一、 http://en.wikipedia.org/wiki/Adiabatic_process
利用內能與功之間的關係，推導出其溫度與體積必定遵守下列關係式：
此關係式亦可利用理想氣體方程式PV = nRT代入，置換成壓力與體積的關係：
其中令(nR / CV ) + 1 = γ。由此可以得到，在絕熱過程當中，壓力與體積的冪次方乘積PVγ為一定值。而透過理想氣體方程式PV = nRT，在等溫過程中T為定值，因而PV亦為定值。而又γ > 1，因此可發現在絕熱過程中系統體積定量改變時，其壓力的隨之改變，是相較於等溫過程來得大的。
參考資料：
1. Silbey, R. J.; Alberty R. A.; Bawendi M. G. Physical Chemistry, 4th edition; John Wiley and Sons, Inc.: Hoboken, 2004; pp. 33, 54-56.
2. Zumdahl, S. S. Chemical Principles, 5th edition; Houghton Mifflin Company: Boston, 2003; pp. 446-450.
3. Wikipedia—Adiabatic process http://en.wikipedia.org/wiki/Adiabatic_process
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