Обратимый процесс (термодинамика) - Reversible process (thermodynamics)

Термодинамика
Классический Тепловой двигатель Карно
ветви Классический Статистический Химическая Квантовая термодинамика Равновесие  / Неравновесный
Законы Zeroth Первый Второй В третьих
Системы Состояние Уравнение состояния Идеальный газ Настоящий газ Состояние вопроса 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 курсив Диаграммы свойств Интенсивные и обширные свойства Функции процесса Работа Высокая температура Функции государства Температура  / Энтропия  (вступление ) Давление  / Объем Химический потенциал  / Номер частицы 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   ${ Displaystyle альфа =}$ ${ displaystyle 1}$ ${ displaystyle partial V}$ ${ displaystyle V}$ ${ displaystyle partial T}$
Уравнения Теорема Карно Теорема Клаузиуса Фундаментальное отношение Закон идеального газа Максвелл отношения Взаимные отношения Онзагера Уравнения Бриджмена Таблица термодинамических уравнений
Потенциал Свободная энергия Свободная энтропия Внутренняя энергия ${ Displaystyle U (S, V)}$ Энтальпия ${ Displaystyle H (S, p) = U + pV}$ Свободная энергия Гельмгольца ${ Displaystyle А (Т, В) = U-TS}$ 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 расследование Относительно ... тепла " "О равновесии Гетерогенные вещества " "Размышления о Движущая сила 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
Книга Категория

Эта статья ведущий раздел может быть слишком длинным для статьи. Помогите, переместив какой-нибудь материал из него в основную часть статьи. Пожалуйста, прочтите руководство по макету и руководящие принципы ведущего раздела чтобы раздел по-прежнему содержал все важные детали. Пожалуйста, обсудите этот вопрос в статье страница обсуждения. (Март 2020 г.)

Эта статья ведущий раздел не адекватно подвести итог ключевые моменты его содержания. Пожалуйста, подумайте о расширении интереса до предоставить доступный обзор обо всех важных аспектах статьи. (Март 2020 г.)

В термодинамика, а обратимый процесс это процесс, направление которого может быть изменено на противоположное, чтобы вернуть систему в ее исходное состояние, вызывая бесконечно малые изменения некоторых свойств системы. окружение.^{[1] [2]} На протяжении всего обратимого процесса система находится в термодинамическое равновесие 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, полностью обратимые процессы невозможны. Однако, если система, в которой происходят изменения, реагирует намного быстрее, чем примененное изменение, отклонение от обратимости может быть незначительным. В обратимый цикл, а циклический обратимого процесса, 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: обратимо или необратимо. Обратимость означает, что реакция протекает непрерывно в квазиравновесии. В идеальном термодинамически обратимом процессе энергия работы, выполняемой системой или над ней, будет максимальной, а энергия 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, изотермическое расширение 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 максимизировать работу, 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. Освобождая образец от давления и тем самым позволяя ему занимать большое пространство, система и окружающая среда не находятся в равновесии во время процесса расширения, и работа 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 обратимый процесс это процесс, который после того, как он произошел, может быть обращен вспять и, когда он был обращен вспять, возвращает систему и ее окружение в их начальные состояния. В терминологии термодинамики, «имеющийся» процесс относится к его переходу от одного государственный другому.. ....

Необратимость

В необратимый процесс, внесены 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 реальной работой для процесса, как показано в следующем уравнении: I = W _rev - W _а

Обратимый адиабатический процесс: Состояние слева может быть достигнуто из состояния справа, а также наоборот без обмена теплом с окружающей средой.

Границы и состояния

Обратимый процесс изменяет состояние системы таким образом, что чистое изменение совокупного энтропия системы и ее окружения равна нулю. Обратимые процессы определяют границы того, как эффективный тепловые двигатели может быть в термодинамике и технике: обратимый процесс - это процесс, при котором тепло не теряется из системы в виде «отходов», и, таким образом, машина настолько эффективна, насколько это возможно (см. Цикл Карно ).

В некоторых случаях важно различать обратимые и квазистатические процессы. Обратимые процессы всегда квазистатичны, но не всегда верно обратное.^[2] Например, бесконечно малое сжатие газа в баллоне, где существует трение между поршнем и цилиндром происходит квазистатический, но необратимый процесс.^[5] Хотя система была выведена из состояния равновесия только на бесконечно малую величину, тепло было безвозвратно потеряно из-за трение, и не может быть восстановлен простым перемещением поршня бесконечно малым образом в противоположном направлении.

Инженерные архаизмы

Исторически, период, термин Принцип Тесла использовался для описания (среди прочего) определенных обратимых процессов, изобретенных Никола Тесла.^[6] Однако эта фраза больше не используется в общепринятом смысле. Принцип гласил, что некоторые системы можно реверсировать, и они могут работать дополнительным образом. Он был разработан во время исследований Теслы в переменные токи где сила и направление тока менялись циклически. Во время демонстрации Турбина тесла диски вращались, а механизм, прикрепленный к валу, приводился в действие двигателем. Если турбина работала в обратном направлении, диски действовали как насос.^[7]

Смотрите также

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

Рекомендации