Означает ли, что обратимая тепловая машина, обменивающаяся теплом с идеальным газом, в котором происходит преобразование, обратимо?

Означает ли тот факт, что двигатель, обменивающийся теплотой с газом, является обратимым, превращение идеального газа (каким бы оно ни было) является обратимым превращением?

Да. Обратимый двигатель — это двигатель, который выполняет только обратимые преобразования. Обратимое преобразование, при котором взаимодействуют две системы (в нашем случае двигатель и газобак), не может быть обратимым для одной системы и необратимым для другой.

Мотивация состоит в том, что обратимость является свойством преобразования в целом . При обратимом преобразовании изменение энтропии мира (система + среда) равно$0$. Другой способ сказать это состоит в том, что две взаимодействующие системы должны находиться в термодинамическом равновесии на протяжении всего превращения.

Возьмем, к примеру, цикл Карно , который представляет собой обратимый цикл, работающий между двумя источниками. Это выглядит так:

1. Обратимое изотермическое расширение ($1 \rightarrow 2$): Система поглощает количество$Q_1$тепла и$\Delta S_1 = Q_1/T_1$энтропии из резервуара$1$.
2. Обратимое адиабатическое расширение ($2 \rightarrow 3$): Это преобразование изоэнтропично, поэтому энтропия мира неизменна.
3. Обратимое изотермическое сжатие ($3 \rightarrow 4$): Система переносит количество$Q_2$тепла и$\Delta S_2 = Q_2/T_2$энтропии к резервуару$2$.
4. Обратимое адиабатическое сжатие ($4 \rightarrow 1$): Это преобразование изоэнтропично, поэтому энтропия мира неизменна.

Если мы посмотрим на энтропию мира,$S_w$, Мы видим, что

1. $\Delta S_{w,1} = \frac{Q_1}{T_1}-\frac{Q_1}{T_1} = 0$
2. $\Delta S_{w,2}=0$
3. $\Delta S_{w,3} = \frac{Q_2}{T_2}-\frac{Q_2}{T_2} = 0$
4. $\Delta S_{w,4} =0$

Так что$\Delta S_{w,total}=\sum_{i=1}^4 \Delta S_{w,i}$тождественно _ $0$. Но если сделать первое преобразование необратимым (и помните: нет смысла говорить, что оно обратимо для двигателя, но необратимо для резервуара...), то$\Delta S_{w,1} \neq 0$и отсюда следует, что$\Delta S_{W,total} \neq 0$, поэтому двигатель не реверсивный.

Причина, по которой мы говорим о тепловых двигателях в термодинамике, заключается в том, что они отражают наиболее общий термодинамический процесс, возможный для двух тел. Каждое преобразование можно резюмировать следующим образом: «Объект A отдал/отдал столько-то тепла, объект B отдал/отдал столько-то тепла, столько-то работы вложил/отдал столько-то», что и произойдет, если вы вставите между ними тепловую машину. их. Следовательно, вопрос о том, можете ли вы в принципе разделить преобразование на изменение источника тепла и изменение тепловой машины, упускает суть дела. Если «преобразование источника тепла» является важным фактором в вашей проблеме, то вы просто расширяете то, что считаете своим «двигателем», чтобы включить его.

Таким образом, чтобы ответить на ваш вопрос, вы можете предположить , что если тепловая машина обратима, то обратимо и все преобразование в силу того, что она является правильной тепловой машиной для решения проблемы .

Тепловая машина обратима, если все процессы, связанные с работающей системой в ней, обратимы. Значит, в этом случае теплообмен между системой и горячим источником (идеальным газом) должен быть обратимым.

С другой стороны, мы знаем, что

В обратимом процессе энтропия мира остается постоянной

то есть

Я думаю, что будет полезно взглянуть на нижеследующий раздел « ТЕРМОДИНАМИКА : инженерный подход, пятое издание, авторы ЮНУС А. ЦЕНГЕЛ и МАЙКЛ А. БОЛЕС ».

Я считаю, что ответ можно сделать очень простым. Если двигатель обратим, то его внутренние процессы по определению «обратимости» все квазистатичны, независимо от внутренних деталей машины. С другой стороны, поскольку машина действует на газ через квазистатический процесс, то этот процесс по определению должен быть обратимым.