Proces odwracalny (Termodynamika)

procesy termodynamiczne można przeprowadzić na jeden z dwóch sposobów: odwracalnie lub nieodwracalnie. Odwracalność oznacza, że reakcja działa w sposób ciągły w quasiequilibrium. W idealnym termodynamicznie odwracalnym procesie energia z pracy wykonywanej przez układ lub na nim byłaby zmaksymalizowana, a energia z ciepła byłaby zerowa. Jednak ciepło nie może być w pełni zamienione na pracę i zawsze zostanie w pewnym stopniu utracone (na rzecz otoczenia). (Dotyczy to tylko w przypadku cyklu. W przypadku procesu idealnego ciepło można całkowicie przekształcić w pracę, np. izotermiczną ekspansję gazu idealnego w układzie tłokowo–cylindrycznym.) Zjawisko zmaksymalizowanej pracy i zminimalizowanego ciepła można zobrazować na wykresie ciśnienie-objętość jako obszar pod krzywą równowagi, reprezentującą wykonaną pracę. Aby zmaksymalizować pracę, należy dokładnie podążać za krzywą równowagi.

z kolei nieodwracalne procesy są wynikiem oddalenia się od krzywej, co zmniejsza ilość wykonywanej pracy; proces nieodwracalny można opisać jako proces termodynamiczny, który odchodzi od równowagi. Nieodwracalność jest definiowana jako różnica między odwracalne pracy i rzeczywistej pracy dla procesu. Opisując ciśnienie i objętość, występuje, gdy ciśnienie (lub objętość) układu zmienia się tak gwałtownie i natychmiast, że objętość (lub ciśnienie) nie ma czasu na osiągnięcie równowagi. Klasycznym przykładem nieodwracalności jest umożliwienie uwolnienia pewnej objętości gazu do próżni. Uwalniając nacisk na próbkę, a tym samym umożliwiając jej zajmowanie dużej przestrzeni, system i otoczenie nie są w równowadze podczas procesu rozszerzania i niewiele jest wykonanych prac. W celu odwrócenia procesu (sprężania gazu z powrotem do pierwotnej objętości i temperatury) konieczne będą jednak znaczące prace, z odpowiednią ilością energii rozpraszanej jako przepływ ciepła do środowiska.

alternatywna definicja procesu odwracalnego to proces, który po jego wykonaniu może zostać odwrócony, a po odwróceniu zwraca system i jego otoczenie do stanu początkowego. W kategoriach termodynamicznych proces „zachodzący” odnosiłby się do jego przejścia z jednego stanu do drugiego.