Обратимый процесс (термодинамика)

Термодинамика
Классический тепловой двигатель Карно
ветви Классический Статистическая Химическая Квантовая термодинамика Равновесие  / Неравновесие
Законы Zeroth Первый Второй В третьих
Системы Закрытая система Изолированная система Состояние Уравнение состояния Идеальный газ Настоящий газ Состояние вопроса Фаза (материя) Равновесие Контрольный объем Инструменты Процессы Изобарический Изохорический Изотермический Адиабатический Изэнтропический Изентальпический Квазистатический Политропный Бесплатное расширение Обратимость Необратимость Необратимость Циклы Тепловые двигатели Тепловые насосы Тепловая эффективность
Свойства системы Примечание: Сопряженные переменные в курсивом Диаграммы свойств Интенсивные и обширные свойства Функции процесса Работа Высокая температура Функции государства Температура  / энтропия  ( введение ) Давление  / Объем Химический потенциал  / число частиц Качество пара Сниженные свойства
Свойства материала Базы данных недвижимости Удельная теплоемкость  ${\ displaystyle c =}$ ${\ displaystyle T}$ ${\ displaystyle \ partial S}$ ${\ displaystyle N}$ ${\ displaystyle \ partial T}$ Сжимаемость  ${\displaystyle \beta =-}$ ${\displaystyle 1}$ ${\displaystyle \partial V}$ ${\displaystyle V}$ ${\displaystyle \partial p}$ Тепловое расширение  ${\displaystyle \alpha =}$ ${\displaystyle 1}$ ${\displaystyle \partial V}$ ${\displaystyle V}$ ${\displaystyle \partial T}$
Уравнения Теорема Карно Теорема Клаузиуса Фундаментальное отношение Закон идеального газа Максвелл отношения Онсагер взаимные отношения Уравнения Бриджмена Таблица термодинамических уравнений
Возможности Свободная энергия Свободная энтропия Внутренняя энергия ${\displaystyle U(S,V)}$ Энтальпия ${\displaystyle H(S,p)=U+pV}$ Свободная энергия Гельмгольца ${\displaystyle A(T,V)=U-TS}$ Свободная энергия Гиббса ${\displaystyle G(T,p)=H-TS}$
История Культура История Общий Энтропия Газовые законы Машины "вечный двигатель" Философия Энтропия и время Энтропия и жизнь Броуновская трещотка Демон Максвелла Парадокс тепловой смерти Парадокс лошмидта Синергетика Теории Теория калорийности Теория тепла Vis viva («живая сила») Механический эквивалент тепла Сила мотивации Ключевые публикации " Экспериментальное исследование ... тепла " « О равновесии неоднородных веществ » « Размышления о движущей силе огня » Сроки Термодинамика Тепловые двигатели Изобразительное искусство Образование Термодинамическая поверхность Максвелла Энтропия как рассеивание энергии
Ученые Бернулли Больцман Карно Клапейрон Клаузиус Каратеодори Duhem Гиббс фон Гельмгольц Джоуль Максвелл фон Майер Онсагер Ренкин Смитон Шталь Томпсон Томсон ван дер Ваальс Waterston
Другой Зарождение Самостоятельная сборка Самоорганизация Порядок и беспорядок
Книга Категория
v т е

Ведущий раздел этой статьи может быть слишком длинным для всей статьи . Помогите, переместив какой-нибудь материал из него в основную часть статьи. Пожалуйста, прочтите руководство по макету и руководство по разделу, чтобы убедиться, что в этом разделе по-прежнему содержатся все важные детали. Пожалуйста, обсудите этот вопрос на странице обсуждения статьи . ( Март 2020 г. )

В термодинамике , обратимый процесс представляет собой процесс, направление которого может быть отменено , чтобы вернуть систему в исходное состояние, индуцируя изменения бесконечно малых к некоторому свойству системы окружения . ^{[1] [2]} На протяжении всего обратимого процесса система находится в термодинамическом равновесии со своим окружением. Будучи перевернутым, он не оставляет никаких изменений ни в системе, ни в окружении. Поскольку для завершения обратимого процесса потребуется бесконечное количество времени, совершенно обратимые процессы невозможны. Однако, если система, в которой происходят изменения, реагирует намного быстрее, чем примененное изменение, отклонение от обратимости может быть незначительным. Вобратимый цикл , циклический обратимый процесс, система и ее окружение будут возвращены в исходное состояние, если за одним полупериодом следует другой полупериод. ^[3]

Термодинамические процессы могут осуществляться одним из двух способов: обратимым или необратимым. Обратимость означает, что реакция протекает непрерывно в квазиравновесии. В идеальном термодинамически обратимом процессе энергия от работы, выполняемой системой или над ней, будет максимальной, а энергия от тепла будет равна нулю. Однако тепло не может быть полностью преобразовано в работу и всегда будет в некоторой степени потеряно (в окружающую среду). (Это верно только в случае цикла. В случае идеального процесса тепло может быть полностью преобразовано в работу, например, при изотермическом расширении идеального газа в системе поршень-цилиндр.) Явление максимальной работы и минимизации тепла можно визуализировать на графике давление-объем как область под кривой равновесия, представляющую проделанную работу. Чтобы работать с максимальной отдачей,нужно точно следовать кривой равновесия.

С другой стороны, необратимые процессы являются результатом отклонения от кривой, что снижает общий объем проделанной работы; необратимый процесс можно описать как термодинамический процесс, который отклоняется от равновесия. Необратимость определяется как разница между обратимой работой и фактической работой процесса. При описании в терминах давления и объема это происходит, когда давление (или объем) системы изменяется так резко и мгновенно, что объем (или давление) не успевает достичь равновесия. Классический пример необратимости - это выпуск определенного объема газа в вакуум. Ослабляя давление на образец и позволяя ему занимать большое пространство,система и окружающая среда не находятся в равновесии во время процесса расширения, и работы выполняется мало. Однако потребуется значительная работа с соответствующим количеством энергии, рассеиваемой в виде теплового потока в окружающую среду, чтобы обратить процесс вспять (сжатие газа до его первоначального объема и температуры).^[4]

Альтернативное определение обратимого процесса - это процесс, который после того, как он произошел, может быть обращен вспять, а при реверсировании возвращает систему и ее окружение в их начальные состояния. В терминологии термодинамики «происходящий» процесс относится к его переходу из одного состояния в другое.

Необратимость [ править ]

В необратимом процессе происходят конечные изменения; поэтому система не находится в равновесии на протяжении всего процесса. В один и тот же момент необратимого цикла система будет в том же состоянии, но окружающая среда будет постоянно меняться после каждого цикла. ^[3] Это разница между обратимой работой и фактической работой для процесса, как показано в следующем уравнении: I = W _rev - W _a

Границы и состояния [ править ]

Обратимый процесс изменяет состояние системы таким образом, что чистое изменение объединенной энтропии системы и ее окружения равно нулю. Обратимые процессы определяют границы того, насколько эффективными могут быть тепловые двигатели в термодинамике и технике: обратимый процесс - это процесс, при котором тепло из системы не теряется в виде «отходов», и, таким образом, машина настолько эффективна, насколько это возможно (см. Карно цикл ).

В некоторых случаях важно различать обратимые и квазистатические процессы . Обратимые процессы всегда квазистатичны, но не всегда обратное. ^[2] Например, бесконечно малое сжатие газа в цилиндре, где существует трение между поршнем и цилиндром, является квазистатическим, но необратимым процессом. ^[5] Хотя система была выведена из состояния равновесия только на бесконечно малую величину, тепло было необратимо потеряно из-за трения , и его нельзя восстановить, просто перемещая поршень бесконечно малым образом в противоположном направлении.

Инженерные архаизмы [ править ]

Исторически термин принцип Тесла использовался для описания (среди прочего) определенных обратимых процессов, изобретенных Никой Тесла . ^[6] Однако эта фраза больше не используется в общепринятом смысле. Принцип гласил, что некоторые системы могут быть обращены вспять и работать дополнительным образом. Он был разработан во время исследований Теслы в области переменного тока, где величина и направление тока менялись циклически. Во время демонстрации турбины Тесла диски вращались, и механизмы, прикрепленные к валу, приводились в действие двигателем. Если турбина работала в обратном направлении, диски работали как насос . ^[7]

См. Также [ править ]

• Обратимость времени
• Цикл Карно
• Производство энтропии
• Ворота Тоффоли
• Временная эволюция
• Квантовая схема
• Обратимые вычисления
• Демон Максвелла
• двигатель Стирлинга

Ссылки [ править ]