תהליך הפיך (תרמודינמיקה)

בתרמודינמיקה, תהליך הפיך הוא תהליך שניתן להפוך את כיוון התרחשותו על מנת להחזיר את המערכת למצבה הראשוני, זאת באמצעות הכנסת שינויים אינפיניטסימליים בתכונה כלשהי של סביבת המערכת. במהלך התהליך ההפיך, המערכת נמצאת תמיד בשיווי משקל תרמודינמי עם הסביבה שלה. לאחר שהתהליך נהפך, הוא אינו מותיר כל שינוי במערכת או בסביבה שלה. מכיוון שהתרחשותו של תהליך הפיך אורכת זמן אינסופי, תהליכים הפיכים באופן מושלם אינם בגדר האפשר. עם זאת, במידה והמערכת שעוברת שינויים מגיבה אליהם מהר למדי בהשוואה למהירות שבה השינוי מופעל, הסטייה של התהליך מתהליך הפיך תהיה זניחה.

תהליכים תרמודינמיים יכולים להיעשות בשתי דרכים: באופן הפיך או בלתי הפיך. הפיכות פירושה שהתהליך מתרחש ברציפות ונמצא כל העת בשיווי משקל. למשל, במערכת המורכבת מגליל המכיל גז אידיאלי ובוכנה החופשית לנוע ימינה/שמאלה, הפיכות משמעותה שלחץ הגז בתוך הבוכנה שווה ללחץ החיצוני המופעל על הבוכנה בכל רגע נתון, והשינויים בלחץ הגז בגליל מספיקים לעקוב אחר השינויים האינפיניטסימליים בלחץ החיצוני המופעל על הבוכנה. ביצוע התהליך באופן בלתי הפיך פירושו הפחתת/הגדלת הלחץ של הגז באמצעות הכנסת שינויים סופיים (לא אינפיניטסימליים) בלחץ החיצוני המופעל; בדרך זו, המערכת אינה יכולה לעקוב במדויק אחר השינויים החיצוניים בלחץ, והבוכנה מגיבה בתנודתיות יתר.

מאפיין מרכזי של תהליכים הפיכים הוא מקסום העבודה המכנית שהמערכת מבצעת על הסביבה בהם: מכיוון שלחץ המערכת מצוי כל העת בשיווי משקל עם הלחץ החיצוני, העבודה שמבצעת המערכת שווה במדויק לשטח שמתחת לגרף התאורטי של הלחץ כפונקציה של הנפח בתהליך ההפיך; בתהליך בלתי הפיך לעומת זאת, העבודה שמבצעת המערכת קטנה יותר מהשטח מתחת לגרף, שכן הקפיצות הסופיות בלחץ גורמות למערכת לבצע עבודה השווה לשטח הכולל של סדרת מלבנים סופיים מתחת לגרף. כהמחשה של עיקרון זה, ניקח מקרה קיצוני של הפחתת הלחץ החיצוני: התפשטות חופשית או התפשטות כנגד ריק; במקרה זה הלחץ החיצוני המופעל יורד בבת אחת לאפס, והמערכת אינה מבצעת כלל עבודה על סביבתה. לעיקרון זה של עבודה מקסימלית בתהליכים הפיכים חשיבות מרכזית בניתוח הנצילות התאורטית של מנועי חום.

בתהליך הפיך, האנטרופיה הכוללת של היקום נותרת בעינה, ובתהליך בלתי הפיך לעומת זאת, האנטרופיה הכוללת שלו עולה.

 ראו גם 
 מעגל קרנו
 משפט קרנו
 תהליך בלתי הפיך

קישורים חיצוניים



קטגוריה:תרמודינמיקה