Entropia procesy odwracalne i nieodwracalne

Procesy termodynamiczne możemy podzielić na odwracalne i nieodwracalne. Procesy odwracalne to takie, które spełniają poniższe warunki:
1. proces równie łatwo może być przeprowadzony w dwóch odwrotnych kierunkach;
2. w obydwu układ i otoczenie przechodzą przez takie same stany pośrednie (w przypadku procesu odwrotnego w odwrotnej kolejności);
3. po przeprowadzeniu procesu w jednym i drugim kierunku układ i otoczenie wracają do stanu wyjściowego.
Przykładami procesów odwracalnych są wszystkie przemiany quasi- statyczne. Procesy quasi- statyczne są idealizacją, przybliżeniem tego co rzeczywiście zachodzi. Procesów odwracalnych, ściśle rzecz biorąc, nie ma- są to przybliżenia. Te przemiany które nie spelniają któregokolwiek z powyższych warunków noszą nazwę nieodwracalne.
Przykłady szczególnie jaskrawych procesów nieodwracalnych (podano też, jak wyglądałby proces odwrotny do danego).
♣ Bomba burzy dom. Z gruzów po wybuchu bomby sam dom się odbudowuje.
Szklanka spada ze stołu i rozbija się. Odłamki szkła spowrotem tworzą♣ szklankę, która wzosi się do góry i ustawia spowrotem na krawędzi stołu.

Entropia z reguły oznaczamy ją S. Jest to miara niezdolności energii układów do wykonania pracy. W układzie zamkniętym wzrostowi entropii towarzyszy zmniejszenie zdolności do wykonania pracy. Kiedy układ podlega przemianie odwracalnej, estropia S zmienia się o ilość równą energii ΔQ dostarczonej układowi na sposób ciepła, podzielonej przez temperaturę termodynamiczną T, w której zachodzi przemiana, tzn. ΔS= ΔQ/T. Wszystkie rzeczywiste procesy są jednakże w pewnej mierze procesami nieodwracalnymi, a w dowolnym układzie zamkniętym przemianie nieodwracalnej zawsze towarzyszy wzrost entropii.
W szerszym sensie entropie można interpretować jako miarę nieporządku. Im większa entropia tym większy nieporządek. Ponieważ każda rzeczywista przemiana układu zamkniętego powoduje zwiększenie entropii, a zatem zwiększenie nieporządku.
W procesach zachodzących w układach izolowanych adiabatycznie od otoczenia zmiana entropii jest większa większa od zera lub równa zeru ΔS>=0.
Znak równości dotyczy procesów odwracalnych, znak nierówno.ści nieodwracalnych. Inaczej mówiąc: Entropia układów izolowanych adiabatycznie od otoczenia nigdy nie maleje. Stwierdzenie to stanowi ogólne sformułownie drugiej zasady termodynamiki, wyrażone za pomocą pojęcia entropii. Sformułowanie to określa kierunkowość wszystkich procesów w przyrodzie: procesy rzeczywiste (a więc nieodwracalne) w ukadach izolowanych adiabatycznie od otoczenia zachodzą w takim kierunku, że entropia tych układow wzrasta, wzrasta więc także nieuporządkowanie układów, w których mają miejsce te procesy.
Najczęściej interesuje nas zmiana entropii przy przechodzeniu układu z jednego stanu do drugiego. Zmiana entropii przy przejściu od stanu pierwszego do stanu drugiego wynosi:
ΔS=S1-S2=klnP2-klnP1
ΔS=kln(P2/P1); gdzie k- stała Boltzmanna, (P2/P1)- względne prawdopodobieństwo dwóch stanów
W układach izolowanych adiabatycznie procesy przebiegają od stanów mniej prawdopodobnych do stanów bardziej prawdopodobnych (procesy nieodwracalne) lub przynajmniej tak samo prawdopodobnych (procesy odwracalne).
Entropia jest zatem ilościową miarą stopnia cząsteczkowego chaosu w układzie. Jeśli Temperatura ciała dąży do zera bezwzględnego, to entropia ciała dąży do zera: lim S=0

Ze Sciągi:

W termodynamice rozważa się procesy odwracalne i nieodwracalne. Jeśli w procesie termodynamicznym układ przechodzi ze stanu 1 do stanu 2, a otoczenie ze stanu 1' do stanu 2', to proces nazywamy odwracalnym, gdy istnieje proces odwrotny, który przeprowadza układ ze stanu 2 do stanu 1, równocześnie przeprowadzając otoczenie ze stanu 2' do stanu 1'.Procesy, które są nie odwracalne nazywamy nieodwracalnymi. Procesy rzeczywiste są wyłącznie nieodwracalne. Nieodwracalność procesów wiąże się często z dyssypacją (rozpraszaniem) energii w postaci ciepła. Jednak procesy odwracalne, mimo ze wyidealizowane, pozwalają obliczać funkcji stanu, gdy zgodnie z definicją, funkcja stanu nie zależy od sposobu osiągnięcia stanu równowagi.
Procesy odwracalne są kwazistatyczne, tzn. przebiegają wolno i bez tarcia statycznego (brak dyssypacji). W każdej chwili trwania procesu odwracalnego układ musi być w stanie równowagi termodynamicznej ( proces wolny). Proces określamy jako wolny, gdy zachodzi w czasie dłuższym od najdłuższego charakterystycznego czasu dla układu. Na przykład jeśli przesuwamy tłok w naczyniu z gazem, to charakterystyczny czas układy, z którym powinniśmy porównać czas przesuwania tłoka, to czas, jaki fala dźwiękowa potrzebuje na dotarcie do końca naczynia. Dla układu o długości 3 metrów i prędkości fali dźwiękowej 332m/s otrzymujemy charakterystyczny czas rzędu 10 minus²s.

Proces odwracalny to proces termodynamiczny, którego kierunek można odwrócić poprzez prostą zmianę wartości jednej lub więcej zmiennych stanu termodynamicznego. Procesy odwracalne zachodzą bez żadnej zmiany entropii układu, natomiast inne funkcje stanu mogą ulegać zmianom. Procesy odwracalne mogą zachodzić tylko wtedy, gdy układ jest odizolowany albo znajduje się w stanie równowagi z otoczeniem. Przykładem procesu odwracalnego jest np: adiabatyczne rozprężanie gazu.

Z Wikipedii:

Proces nieodwracalny - proces termodynamiczny, powodujący wzrost sumy entropii układu i otoczenia.

W procesach nieodwracalnych, przyrost entropii układu termodynamicznego nieizolowanego jest większy, niż spowodowany tylko dopływem ciepła z otoczenia, co odpowiada wyrażeniu:

gdzie:

δQ jest elementarną ilością ciepła wprowadzonego do układu (różniczka niezupełna),

T jest stałą temperaturą bezwzględną

Różnica

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".

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.

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 dwóch cieczy.

---