[Extras în principal (cu unele modificări) din: Engineering Thermodynamics, William C. Reynolds și Henry C. Perkins, McGraw-Hill Book Company, 1977.]

generale

  1. Entropia este o proprietate termodinamică care măsoară gradul de randomizare sau tulburare la nivel microscopic. Starea naturală a lucrurilor este ca entropia să fie produsă de toate procesele.
  2. O caracteristică macroscopică care este asociată cu producția de entropie este pierderea capacității de a face lucrări utile. Energia este degradată într-o formă mai puțin utilă și se spune uneori că există o scădere a disponibilității energiei.
  3. Entropia este o proprietate termodinamică extinsă. Cu alte cuvinte, entropia unui sistem complex este suma entropiilor părților sale.
  4. Noțiunea că entropia poate fi produsă, dar niciodată distrusă, este a doua lege a termodinamicii .


6. 8. 2 Procese reversibile și ireversibile

Procesele pot fi clasificate ca reversibile sau ireversibile. Conceptul de proces reversibil este unul important care se leagă direct de capacitatea noastră de a recunoaște, evalua și reduce ireversibilitățile în procesele de inginerie practice.

Luați în considerare un sistem izolat. A doua lege spune că orice proces care ar reduce entropia sistemului izolat este imposibil. Să presupunem că un proces are loc în cadrul sistemului izolat în ceea ce vom numi direcția înainte. Dacă schimbarea stării sistemului este de așa natură încât entropia crește pentru procesul înainte, atunci pentru procesul invers (adică pentru schimbarea inversă a stării) entropia ar scădea. Prin urmare, procesul înapoi este imposibil și, prin urmare, spunem că procesul înainte este ireversibil .

Cu toate acestea, dacă are loc un proces în care entropia este neschimbată prin procesul direct, atunci ar fi și ea neschimbată prin procesul invers. Un astfel de proces ar putea merge în ambele direcții fără a contrazice a doua lege. Procesele de acest ultim tip se numesc reversibile .

Ideea cheie a unui proces reversibil este că nu produce nicio entropie.

Entropia este produsă în procese ireversibile. Toate procesele reale (cu posibila excepție a fluxurilor de curent supraconductoare) sunt într-o oarecare măsură ireversibile, deși multe procese pot fi analizate în mod adecvat presupunând că sunt reversibile. Unele procese care sunt în mod clar ireversibile includ: amestecarea a două gaze, ardere spontană, frecare și transferul de energie ca căldură dintr-un corp la temperatură ridicată într-un corp la temperatură scăzută.

Recunoașterea ireversibilităților într-un proces real este deosebit de importantă în inginerie. Ireversibilitatea, sau îndepărtarea de condiția ideală de reversibilitate, reflectă o creștere a cantității de energie dezorganizată în detrimentul energiei organizate. Energia organizată (cum ar fi cea a unei greutăți ridicate) este ușor pusă în practică; energia dezorganizată (cum ar fi mișcările aleatorii ale moleculelor dintr-un gaz) necesită „îndreptarea” înainte de a putea fi utilizată eficient. Mai mult, întrucât suntem întotdeauna oarecum incerti cu privire la starea microscopică, această îndreptare nu poate fi niciodată perfectă. În consecință, inginerul se străduiește în mod constant să reducă ireversibilitățile în sisteme, pentru a obține performanțe mai bune.


6. 8. 3 Exemple de procese reversibile și ireversibile

Procesele care sunt de obicei idealizate ca reversibile includ:

  • Mișcare fără frecare
  • Compresie sau expansiune restrânsă
  • Transferul de energie ca căldură datorită neuniformității infinitezimale a temperaturii
  • Curentul electric curge printr-o rezistență zero
  • Reacție chimică restrânsă
  • Amestecarea a două probe din aceeași substanță în aceeași stare.
Procesele ireversibile includ:
  • Mișcare cu frecare
  • Extindere neîngrădită
  • Transferul de energie ca căldură datorită neuniformităților de temperatură mare
  • Curentul electric curge printr-o rezistență diferită de zero
  • Reacție chimică spontană
  • Amestecarea materiei cu diferite compoziții sau stări.