Processo reversibile (termodinamica)

I processi termodinamici possono essere eseguiti in due modi: reversibilmente o irreversibilmente. Reversibilità significa che la reazione funziona continuamente a quasiequilibrio. In un processo termodinamicamente reversibile ideale, l’energia dal lavoro eseguito da o sul sistema sarebbe massimizzata e quella dal calore sarebbe zero. Tuttavia, il calore non può essere completamente convertito in lavoro e sarà sempre perso in una certa misura (per l’ambiente circostante). (Questo è vero solo in caso di un ciclo. Nel caso di un processo ideale, il calore può essere completamente convertito in lavoro, ad esempio, espansione isotermica di un gas ideale in una disposizione pistone–cilindro.) Il fenomeno del lavoro massimizzato e del calore ridotto al minimo può essere visualizzato su un grafico pressione-volume come l’area sotto la curva di equilibrio, che rappresenta il lavoro svolto. Per massimizzare il lavoro, è necessario seguire con precisione la curva di equilibrio.

I processi irreversibili, d’altra parte, sono il risultato di allontanarsi dalla curva, diminuendo quindi la quantità di lavoro complessivo svolto; un processo irreversibile può essere descritto come un processo termodinamico che parte dall’equilibrio. L’irreversibilità è definita come la differenza tra il lavoro reversibile e il lavoro effettivo per un processo. Quando descritto in termini di pressione e volume, si verifica quando la pressione (o il volume) di un sistema cambia così drammaticamente e istantaneamente che il volume (o la pressione) non ha il tempo di raggiungere l’equilibrio. Un classico esempio di irreversibilità è consentire il rilascio di un certo volume di gas nel vuoto. Rilasciando pressione su un campione e permettendo così di occupare un grande spazio, il sistema e l’ambiente circostante non sono in equilibrio durante il processo di espansione e c’è poco lavoro fatto. Tuttavia, sarà necessario un lavoro significativo, con una corrispondente quantità di energia dissipata come flusso di calore nell’ambiente, al fine di invertire il processo (comprimendo il gas al suo volume e temperatura originali).

Una definizione alternativa di processo reversibile è un processo che, dopo aver avuto luogo, può essere invertito e, una volta invertito, restituisce il sistema e i suoi dintorni ai loro stati iniziali. In termini termodinamici, un processo “in atto” si riferirebbe alla sua transizione da uno stato all’altro.