Omkeerbaar proces (thermodynamica)

thermodynamische processen kunnen op twee manieren worden uitgevoerd: omkeerbaar of onomkeerbaar. Reversibiliteit betekent dat de reactie continu werkt bij quasie-evenwicht. In een ideaal thermodynamisch omkeerbaar proces zou de energie van het werk dat door of op het systeem wordt uitgevoerd, worden gemaximaliseerd, en die van warmte zou nul zijn. Warmte kan echter niet volledig worden omgezet in werk en zal altijd tot op zekere hoogte verloren gaan (naar de omgeving). (Dit geldt alleen in het geval van een cyclus. Bij een ideaal proces kan warmte volledig worden omgezet in werk, bijvoorbeeld isothermische expansie van een ideaal gas in een zuiger–cilinder opstelling.) Het fenomeen van gemaximaliseerd werk en geminimaliseerde hitte kan op een Druk–volume grafiek worden gevisualiseerd als het gebied onder de evenwichtscurve, die gedaan werk vertegenwoordigt. Om het werk te maximaliseren, moet men de evenwichtscurve precies volgen.

irreversibele processen daarentegen zijn het gevolg van het afwijken van de curve, waardoor de totale hoeveelheid werk die wordt verricht, afneemt; een onomkeerbaar proces kan worden omschreven als een thermodynamisch proces dat afwijkt van het evenwicht. Irreversibiliteit wordt gedefinieerd als het verschil tussen het omkeerbare werk en het werkelijke werk voor een proces. Wanneer beschreven in termen van druk en volume, treedt het op wanneer de druk (of het volume) van een systeem zo dramatisch en ogenblikkelijk verandert dat het volume (of de druk) geen tijd heeft om evenwicht te bereiken. Een klassiek voorbeeld van onomkeerbaarheid is het toestaan van een bepaald gasvolume in een vacuüm. Door druk op een monster los te laten en zo een grote ruimte te laten innemen, zijn het systeem en de omgeving niet in evenwicht tijdens het uitbreidingsproces en is er weinig werk gedaan. Er zal echter veel werk nodig zijn, met een overeenkomstige hoeveelheid energie die als warmtestroom naar het milieu wordt afgevoerd, om het proces om te keren (het gas terug comprimeren tot zijn oorspronkelijke volume en temperatuur).

een alternatieve definitie van een omkeerbaar proces is een proces dat, nadat het heeft plaatsgevonden, kan worden teruggedraaid en, wanneer omgekeerd, het systeem en zijn omgeving terugbrengt naar hun oorspronkelijke toestand. In thermodynamische termen zou een proces “plaatsvinden” verwijzen naar zijn overgang van de ene staat naar de andere.