In fisica, un processo adiabatico è un sistema che non scambia calore con il suo ambiente. Ciò significa che quando il sistema esegue un lavoro, sia esso movimento o lavoro meccanico, idealmente non rende l’ambiente circostante più caldo o più fresco. Per i sistemi che coinvolgono gas, un processo adiabatico richiede solitamente variazioni di pressione per spostare la temperatura senza influenzare l’ambiente circostante. Nell’atmosfera terrestre, le masse d’aria subiranno espansione adiabatica e si raffredderanno, oppure sperimenteranno compressione adiabatica e si riscalderanno. Gli ingegneri hanno progettato vari motori con processi almeno parzialmente adiabatici.
Un processo adiabatico è un processo termodinamico in cui un sistema non acquista o perde calore nell’ambiente circostante. Un processo termodinamico può essere inteso come una misura dei cambiamenti di energia all’interno di un sistema, presi da uno stato iniziale a uno stato finale. Nelle applicazioni della termodinamica, un sistema può essere qualsiasi spazio chiaramente definito con un insieme uniforme di proprietà, che si tratti di un pianeta, di una massa d’aria, di un motore diesel o dell’universo. Mentre i sistemi hanno molte proprietà termodinamiche, quella importante qui è il cambiamento di temperatura, misurato dall’aumento o dalla perdita di calore.
Un cambiamento nell’energia interna di un sistema si verificherà ogni volta che quel sistema esegue un lavoro, come quando una macchina alimentata da combustione interna muove le sue parti. Nei processi adiabatici che coinvolgono la maggior parte dei gas atmosferici, come l’aria, la compressione del gas all’interno del sistema provoca il riscaldamento del gas, mentre l’espansione lo raffredda. Alcuni motori a vapore hanno sfruttato questo processo per aumentare la pressione e quindi la temperatura, e sono considerati motori adiabatici. Gli scienziati classificano i processi adiabatici, dalle macchine ai sistemi meteorologici, a seconda che siano reversibili o meno alla loro temperatura originale.
All’interno di un processo adiabatico, una variazione di temperatura si verificherà solo a causa del lavoro che svolge, ma non a causa della perdita di calore nell’ambiente. L’aria che sale si raffredda senza cedere calore alle masse d’aria vicine. Si raffredda perché la pressione atmosferica, che comprime e riscalda l’aria più vicina alla superficie terrestre, diminuisce con l’altitudine. Quando la pressione su un gas si riduce, si espanderà e le leggi termodinamiche considerano l’espansione come lavoro. Quando la massa d’aria si espande e compie lavoro, non cede calore ad altre masse d’aria che possono avere temperature molto diverse, e quindi subisce un processo adiabatico.
È quasi impossibile che esista un sistema adiabatico perfetto, perché di solito si perde un po’ di calore. Esistono equazioni matematiche che gli scienziati usano per modellare i processi adiabatici che assumono un sistema perfetto per comodità. Questi devono essere regolati quando si pianificano motori o dispositivi reali. L’opposto di un processo adiabatico è un processo isotermico, in cui il calore viene trasferito all’esterno del sistema all’ambiente circostante. Se un gas si espande liberamente al di fuori di un sistema a pressione regolata, subisce un processo isotermico.