Proces nieodwracalny - Polski Serwis Naukowy

Proces nieodwracalny – proces termodynamiczny, powodujący wzrost sumy entropii układu i otoczenia. Nazwa sugeruje, że proces odwrotny do danego procesu nieodwracalnego jest niemożliwy. W istocie, ze względu na statystyczny charakter zjawisk termodynamicznych, proces odwrotny jest możliwy, ale jego prawdopodobieństwo jest bliskie zeru.

Kelwin – jednostka temperatury w układzie SI równa 1/273,16 temperatury termodynamicznej punktu potrójnego wody, oznaczana K. Definicja ta odnosi się do wody o następującym składzie izotopowym: 0,00015576 mola 2H na jeden mol 1H, 0,0003799 mola 17O na jeden mol 16O i 0,0020052 mola 18O na jeden mol 16O.

Entropia – termodynamiczna funkcja stanu, określająca kierunek przebiegu procesów spontanicznych (samorzutnych) w odosobnionym układzie termodynamicznym. Entropia jest miarą stopnia nieuporządkowania układu. Jest wielkością ekstensywną. Zgodnie z drugą zasadą termodynamiki, jeżeli układ termodynamiczny przechodzi od jednego stanu równowagi do drugiego, bez udziału czynników zewnętrznych (a więc spontanicznie), to jego entropia zawsze rośnie. Pojęcie entropii wprowadził niemiecki uczony Rudolf Clausius.

W procesach nieodwracalnych, przyrost entropii układu termodynamicznego nieizolowanego jest większy, niż spowodowany tylko dopływem ciepła z otoczenia, co odpowiada wyrażeniu: $dS > \frac{\delta Q}{T}$

gdzie: $\ \delta Q$ jest elementarną ilością ciepła wprowadzonego do układu (różniczka niezupełna), T jest stałą temperaturą bezwzględną

Różnica ${\ d}_{{i}}S = dS - \frac{\delta Q}{T} > 0$

spowodowana jest niedoskonałością procesu w wyniku czego uwalniane zostaje dodatkowe wewnętrzne ciepło procesu powodujące dodatkowy wzrost entropii. W niektórych publikacjach wielkość ta nazywana jest "produkcją entropii".

Ciecz – stan skupienia materii – pośredni między ciałem stałym a gazem, w którym ciało fizyczne trudno zmienia objętość, a łatwo zmienia kształt. Wskutek tego ciecz przyjmuje kształt naczynia, w którym się znajduje, ale w przeciwieństwie do gazu nie rozszerza się, aby wypełnić je całe. Powierzchnia styku cieczy z gazem lub próżnią nazywa się powierzchnią swobodną cieczy.

Termodynamika - nauka o energii, dział fizyki zajmujący się badaniem energetycznych efektów wszelkich przemian fizycznych i chemicznych, które wpływają na zmiany energii wewnętrznej analizowanych układów. Wbrew rozpowszechnionym sądom termodynamika nie zajmuje się wyłącznie przemianami cieplnymi, lecz także efektami energetycznymi reakcji chemicznych, przemian z udziałem jonów, przemianami fazowymi, a nawet przemianami jądrowymi i energią elektryczną.

Zmiana entropii układu spowodowana dopływem ciepła spoza tego układu jest równa co do wielkości i przeciwna co do znaku zmianie entropii otoczenia. Uwzględniając dodatkową "produkcję entropii" w procesie nieodwracalnym, suma entropii układu i otoczenia wzrasta w wyniku zajścia takiego procesu.

Różniczka niezupełna – w termodynamice jest pewną ilością, w szczególności ciepła Q i pracy W, które nie są funkcjami stanu i których wartość zależy od sposobu przebiegu procesu termodynamicznego. Symbol δ został pierwotnie użyty przez niemieckiego matematyka Carla Gottfrieda Neumanna w jego pracy Vorlesungen uber die mechanische Theorie der Warme wydanej w 1875 r, wskazuje, że Q i W są zależne od drogi procesu. W warunkach nieskończenie małych wielkości, pierwsza zasada termodynamiki jest w tym przypadku wyrażona następująco:

$\ dS_u+dS_{ot}>0$

gdzie: $dS_u$ - przyrost entropii układu $dS_{ot}$ - przyrost entropii otoczenia

Przykładem takiego procesu jest np. swobodne rozprężanie gazu lub zmieszanie się dwóch cieczy.

Źródła

F. Reif: Fizyka statystyczna. Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Naukowe, 1973.

Zobacz też

proces odwracalny

proces samorzutny

produkcja entropii.