Eine adiabatische Zustandsänderung ist ein thermodynamischer Vorgang, bei dem sich ein System von einem Zustand in einen anderen ändert - ohne Wärmeaustausch an die Umgebung. Die Eigenschaft, keinen Wärmeaustausch mit der Umgebung zu haben, heißt Adiabasie. Adiabat lässt sich als "wärmedicht" übersetzen. Der Gegensatz dazu ist die isotherme Zustandsänderung: Über wärmeleitende Grenzflächen wird bei diesen Vorgängen die entstehende Wärme vollständig an die Umgebung abgeführt.
Volumenarbeit in zwei Richtungen
Mit Hilfe der Adiabatengleichung und dem für das jeweilige Gas konstanten Adiabatenexponenten lassen sich Aussagen über das Verhalten eines Systems oder einer Anlage treffen. So lässt sich berechnen, wie viel Energie sich mit einer Wärmemaschine durch Änderung von Druck und Temperatur eines Gases gewinnen lässt. In der Theorie kann die so gewonnene Energie Arbeit verrichten und zum Beispiel den Kolben eines Motors bewegen.
Reversible und irreversible Prozesse
Wichtig ist in diesem Zusammenhang auch die Unterscheidung zwischen reversiblen und irreversiblen Zustandsänderungen. In einer isentropen (adiabat-reversiblen) Zustandsänderung können sich Temperatur, Volumen und Druck ändern, während bei der Entropie des Systems vollständig konstant bleibt.
Je nach Richtung des Prozesses wird entweder Wärme in nutzbare Arbeit umgewandelt oder durch Einsatz von Arbeit Wärmeenergie gewonnen. Die entstehenden Zustände lassen sich in einem reversiblen Prozess verlustfrei in den Ursprungszustand zurückführen. Neben der Gesamtenergie bleibt dabei auch das Verhältnis von Exergie und Anergie konstant. In der Praxis funktioniert ein solcher Prozess durch unvermeidbare Verluste bei der Energieumwandlung nicht.
Adiabatische Prozesse in der Anwendung
Theoretisch ließe sich durch die Kombination isothermer und adiabatischer Prozesse in einem Carnot Kreislauf Energie gewinnen. Die Anwendung in Form einer Wärmekraftmaschine ist in der Praxis aber nur in grober Näherung und mit großem Aufwand möglich. Daher ist diese Einsatzmöglichkeit praktisch nicht relevant. Eine wichtige Anwendung des Prinzips findet sich in Kältemaschinen und Wärmepumpen . In diesen Anlagen müssen zentrale Umwandlungsschritte annähernd adiabatisch gestaltet sein, um maximale Wirkungsgrade zu erreichen.
Ein weiterer Anwendungsfall ist die adiabatische Kühlung. Dabei wird Abluft über verdunstendes Wasser geleitet und damit gekühlt. Durch den vorhandenen Wärmetauscher kann der entstehende Temperaturunterschied die Zuluft abkühlen, ohne dass dafür zusätzlich Energie eingesetzt wird. Nach einem ähnlichem Prinzip arbeitet die adiabate Luftbefeuchtung, wobei hier Kühlung und Erhöhung der Luftfeuchtigkeit zusammenfallen