Процесс обратим тогда и только тогда, когда он всегда находится в равновесии во время процесса. Почему?
Я слышал несколько конкретных примеров этого, таких как постепенное добавление веса к поршню для обратимого сжатия воздуха внутри, почему это должно быть правдой в целом?
РЕДАКТИРОВАТЬ: Вот что-то, что твердо убедило бы меня в этом: предположим, у меня есть обратимый процесс, который не всегда находится в равновесии. Опишите механизм использования этого процесса для создания вечного двигателя.
Думаю, самый простой ответ — просто еще раз внимательно прочитать свои собственные слова. Обратимый процесс – это процесс, который можно заставить протекать в обратном направлении. Интуитивно думать, что его можно заставить течь в обратном направлении в любой момент , когда мы пожелаем. Но если бы система находилась в неравновесном состоянии, нужно было бы немного подождать, пока она не придет в равновесие, прежде чем пытаться вернуть ее обратно. Таким образом, это не удовлетворяет наше желание иметь систему под контролем в любое время.
Потому что обратимый процесс не должен увеличивать энтропию в системе. Любое изменение из-за отсутствия равновесия приведет к увеличению энтропии и, следовательно, к необратимости.
Вы можете визуализировать это, представив две бутылки, одну с газом, а другую с вакуумом. Если бы бутылки были соединены, атомы случайным образом мигрировали бы между двумя бутылками, что привело бы к системе с газом, разделенным между контейнерами с одинаковым давлением.
Таким образом, беспорядок системы увеличился, потому что атомы, которые первоначально были рассортированы в одну бутылку, теперь подразделены на две части гораздо большего объема. Другими словами, отсутствие равновесия в давлении приводит к его униформизации и к необратимому увеличению энтропии.
Процесс обратим тогда и только тогда, когда нет производства энтропии. Если вы выполняете процесс квазистатически, вы минимизируете производство энтропии (например, добавляя к поршню бесконечно малый вес для сжатия воздуха), и весь процесс можно считать в одном хорошем приближении обратимым.
Есть два способа увидеть это. Обратимый процесс — это идеализированный предел необратимых процессов, протекающих все медленнее и медленнее. В пределе обратимый процесс протекает «бесконечно медленно» (эта фраза действительно используется в некоторых текстах по термодинамике). То есть вообще не двигается. Таким образом, точки должны находиться в равновесии, иначе они будут двигаться. Когда мы называем процесс «обратимым», мы имеем в виду, что он может протекать в любом направлении (но только в том случае, если внешние условия нарушаются бесконечно мало, что фактически изменяет условия, при которых процесс определяется как обратимый, делая его необратимым). Но как система могла решить, в какую сторону? Не может, конечно, так что на самом деле он вообще не двигается. Она двигалась бы только в том случае, если бы внешние условия немного изменились, благоприятствуя тому или иному направлению, и тем самым сделали бы процесс необратимым.
Другой способ увидеть это - определить точку равновесия: точка равновесия означает, что каждый реальный процесс, который соединяется с этой точкой, должен быть ведущим: ни один из них не может быть выводящим. Если бы реальный, т. е. необратимый процесс начался в точке и увлекся, то точка не находилась бы в равновесии, так как этот процесс начал бы идти по теореме Карно.
Поскольку я новичок в Stack Exchange, я случайно увидел вопрос только сейчас, и мой ответ запоздал. Если Марк все еще заинтересован в ответе, то:
Это хороший вопрос, приобретающий дополнительную силу с помощью EDIT.
Для термодинамического анализа процесс должен связывать два состояния равновесия А, В системы. Возьмем состояние C системы на пути из A в B. Теперь мы можем рассмотреть процесс от A до C или от C до B. Чтобы претендовать на такое рассмотрение, C должно удовлетворять условию, что это состояние равновесия системы . Поскольку C выбрано произвольно, отсюда следует, что каждое состояние системы на пути от A до B должно быть состоянием равновесия.
Переходим к РЕДАКТИРОВКЕ:
Для упрощения обсуждения предположим, что система является адиабатической. Предположим, что А — состояние равновесия, а В — нет. Затем пусть система обратимо переходит из A в B (если это возможно), тогда энтропия системы (и Вселенной в данном случае) уменьшается. Поэтому процесс от В до А становится самопроизвольным процессом. Затем мы можем использовать спонтанный процесс от В к А, чтобы он выполнял работу за нас. Следовательно, мы позволяем процессу обратимо идти от А к В, а затем позволяем ему спонтанно идти от В к А, выполняя работу за нас. Мы можем повторять этот процесс бесконечно и вечно, извлекая работу (энергию) из ничего! Таким образом, мы получаем вечное движение, если адиабатическая система обратимо переходит из равновесного состояния A в неравновесное состояние B.
Радхакришнамурти Падьяла
Марк Эйхенлауб
Игорь Иванов
серебряная горилла