Молекулярная физика и термодинамика: адиабатическое сжатие и расширение

В термодинамике существует такой процесс с газами - адиабатический. Это процесс, при котором газ не получает и не отдает энергию, то есть, не обменивается энергией с окружающей средой. Чаще всего по причине того, что процесс протекает слишком быстро, и газ просто не успевает.
Любой, например, сталкивался с адиабатическим процессом, если пытался быстро-быстро накачать шины ручным насосом. И, возможно, даже замечал при этом, что насос почему-то нагревается.

На видео показано адиабатическое сжатие, результатом которого является зажигание шарика ваты. Можно приближенно утверждать, что вся энергия, направленная на сжатие газа, переходит в его внутреннюю энергию, то есть в нагрев. Температура воздуха вокруг ваты подскакивает в несколько раз, что и вызывает зажигание.

Замечу, что если бы мы сжали поршень медленно, то вата бы не вспыхнула.
Адиабатическое сжатие используется, например, в качестве причины начала сгорания топлива в дизельном двигателе (бензиновый двигатель использует искру).

Закономерно, что наряду с адиабатическим нагреванием существует и адиабатическое охлаждение.

Если в случае адиабатического нагревания необходимо резко сжимать газ, то в случае охлаждения необходимо заставлять его резко расширяться. В видео воздух под давлением нагнетается в колбу. При определенном давлении пробку вышибает, и газ резко расширяется.
Как и говорит в видеоматериале Валериан Иванович, отличным примером является процесс открывания бутылки шампанского. Газ в бутылке находится под значительным давлением, из-за чего при открывании пробки молекулы изнутри резко выходят наружу, то есть, газ расширяется рывком, начинает занимать большее пространство. При этом воздух охлаждается, и часть пара в воздухе конденсируется и переходит в состояние 'тумана', который мы воспринимаем как дымку над горлышком бутылки.

Опять же, если выпускать газ постепенно, как мы это делаем с надувшейся бутылкой газировки, то такого эффекта наблюдаться не будет.

Точка росы - температура воздуха, при котором водяной пар начинает конденсироваться в капли.

Адиабатическое охлаждение легко каждый может повторить самостоятельно.

Для опыта потребуется в бутылке с широким горлышком организовать высокую влажность (капнуть воды и подождать), сильно сжать бутылку и резко открыть пробку. При открывании крышки газ резко (адиабатически) расширяется, что приводит к резкому охлаждению. Воздух переходит точку росы, и мы видим сконденсированные пары воды. Эдакий туман.

И в завершение сегодняшней темы разрешите показать два опыта с адиабатическим охлаждением - одно от моего подписчика в телеграме, второе от ученика :) 

Подписчик был прошарен, поэтому взял бутылку с широким горлышком.

Ученик был молод и неопытен, но настойчив. Смотрите над горлышком внимательно. Клянусь Гюгонио, там есть дымок! :) Но все же гораздо нагляднее использовать бутылку с широким горлом. 

P.S. Первый пост зашел хорошо, закидываю второй :)

P.P.S. По всем вопросам - alexjuriev3142@gmail.com