Реверзибилен процес (термодинамика)

Во термодинамиката, реверзибилен процес претставува процес што вклучува систем и негова околина, чија насока може да се промени со инфинитезимални (бесконечно многу мали) промени во некои својства на околината, како што се притисокот или температурата.
За време на целиот реверзибилен процес системот е во термодинамичка рамнотежа, како физичка, така и хемиска, и ''речиси'' во рамнотежа на притисок и температура со околината. Ова спречува нерамнотежени сили и забрзување на подвижните граници на системот, што пак избегнува триење и други дисипации.
За рамнотежата да се одржи, реверзибилните процеси се многу бавни (''квазистатични''). Процесот мора да се одвива доволно бавно, за по некоја мала промена на одреден термодинамички параметар, физичките процеси во системот да имаат доволно време за другите параметри да се самоприлагодат и усогласат со новата вредност на променетиот параметар. На пример, ако сад со вода стои во некоја просторија доволно долго, за да се усогласи со стабилната температура на околната средина, за мала промена во температурата на воздухот да биде реверзибилна, целиот систем од воздух, вода и сад мора да почека доволно долго за садот и воздухот да се стабилизираат на нова, соодветна температура пред да дојде до следната мала промена. Додека процесите во изолирани системи никогаш не се реверзибилни, цикличните процеси можат да бидат реверзибилни или неповратни. Реверзибилните процеси се хипотетички или идеализирани, но се централни за вториот закон на термодинамиката. Топењето или замрзнувањето на мразот во вода е пример за реалистичен процес кој е ''речиси'' реверзибилен.
Дополнително, системот мора да биде во (''квазистатска'') рамнотежа со околината во секое време и не смее да има дисипативни ефекти (на пример триење), за еден процес да се смета за реверзибилен.
Реверзибилните процеси се корисни во термодинамиката, бидејќи се идеализирани до тој степен, што равенките за топлина и работа на експанзија/компресија се доволно едноставни. Ова овозможува анализа на моделни процеси, кои обично ја дефинираат максималната ефикасност што може да се постигне во соодветните реални процеси. Други апликации го користат фактот дека ентропијата и внатрешната енергија се функции на состојбата, чија промена зависи само од почетната и крајната состојба на системот, а не од тоа како дошло до самиот процес. Затоа, промената на ентропијата и внатрешната енергија во реален процес може да се пресмета прилично едноставно со анализа на реверзибилен процес што ги поврзува реалните почетни и крајни состојби на системот. Покрај тоа, реверзибилноста го дефинира термодинамичкиот услов за хемиска рамнотежа.
1 Преглед
Термодинамичките процеси можат да се извршат на еден од два начина: реверзибилно или неповратно. При идеалниот термодинамички реверзибилен процес не доаѓа до дисипативни загуби, поради што работата извршена од или на системот е максимизирана. Нецелосната конверзија на топлината во работа во цикличен процес, сепак, важи и за реверзибилни и за неповратни циклуси. Зависноста на работата од патеката на термодинамичкиот процес исто така не е поврзана со реверзибилноста, бидејќи работата на експанзија, која може да се визуелизира на дијаграм притисок-волумен како површината под кривата на рамнотежа, е различна за различни реверзибилни процеси на експанзија (на пр. адијабатски, потоа изотермни; наспроти изотермни, потоа адијабатски) што ги поврзуваат истите почетни и крајни состојби.
2 Неповратност
При неповратни процеси се случуваат конечни промени, поради што системот не е во рамнотежа во текот на целиот процес. Во еден цикличен процес, разликата помеѓу реверзибилната работа <math>(\, W_\mathsf{rev} \,)</math> и вистинската работа <math>(\, W_\mathsf{act} \,)</math> за процес како што е прикажано во следната равенка: <math>\; I = W_\mathsf{rev} - W_\mathsf{act} ~.</math>
3 Граници и состојби
Едноставните реверзибилни процеси ја менуваат состојбата на системот така што нето-промената во комбинираната ентропија на системот и неговата околина е еднаква на нула. (Ентропијата на системот е зачувана само во реверзибилни адијабатски процеси.) Сепак, Карноовиот циклус покажува дека состојбата на околината може да се промени во реверзибилен процес како што системот се враќа во својата почетна состојба. Реверзибилните процеси ги дефинираат границите за тоа колку ефикасни можат да бидат топлинските мотори во термодинамиката и инженерството. Реверзибилен процес е оној каде што машината има максимална ефикасност.
Во некои случаи е важно да се истакне разликата помеѓу реверзибилните и квазистатичките процеси. Реверзибилните процеси се секогаш квазистатични, но обратното не е секогаш точно. На пример, инфинистемална (бесконечно мала) компресија на гас во цилиндар каде што има триење помеѓу клипот и цилиндарот е ''квазистатичен'', но ''не и реверзибилен'' процес. Иако системот е исфрлен од својата рамнотежна состојба само за инфинистемална количина, енергијата е неповратно изгубена во отпадна топлина, поради триење, и не може да се обнови со едноставно поместување на клипот во спротивна насока за инфинистемално иста количина.