IMG$34

1 aby ilość dostarczonego ciepła Q była zwrócona źródłu w tej samej temperaturze, w której ciepło zostało zaczerpnięte.

Warunkiem więc zaliczenia pewnej przemiany do odwracalnych jest nie tylko dokładna odwrotność przebiegu zmian stanu gazu, ale również zwrócenie źródłom lub pobranie z nich takich samych ilości ciepła i przy tych samych temperaturach w obydwu przemianach względem siebie odwracalnych, czyli konieczny jest powrót całego układu cieplnego i otoczenia do stanu wyjściowego, powrót samego tylko czynnika do stanu wyjściowego nie stanowi jeszcze o odwracalności przemiany.

Aby przemiana była odwracalna, konieczne jest żeby nie tylko temperatury w całej objętości gazu były jednakowe, ale również stała każdorazowo temperatura źródła, z którego pobierają, lub któremu oddają ciepło. Poza tym gaz musi być w całkowitej równowadze cieplnej, tak aby nawet najdrobniejsza ilość ciepła, lub pracy doprowadzona lub odprowadzona z układu wywoływała przebieg przemiany odpowiednio w tym lub innym kierunku.

Przy spadku temperatur w czasie przemiany proces staje się już nieodwracalny, bo ciepło przejdzie ze źródła o temperaturze wyższej do czynnika o temperaturze niższej, ale nie do pomyślenia jest zjawisko odwrotne — przejście ciepła ze źródła o temperaturze niższej do czynnika o temperaturze wyższej przy odwrotnym przebiegu przemiany.

Podobnie przy spadku ciśnień powstają przyspieszenia cząsteczek czynnika i wiry, a łącznie z tym zjawisko tarcia, którego w przeciwnym kierunku odwrócić już nie można; energia zużyta na pokonanie tarcia ulegnie rozproszeniu i czynnik ulegający przemianie w kierunku odwrotnym nie będzie mógł tej samej pracy wykonać.

Aby więc przemiana była odwracalna, musi wrócić do stanu wyjściowego nie tylko sam czynnik (gaz, para) i to w takim samym, chociaż odwrotnym następstwie stanów, ale i w źródle ciepła, czyli w układzie i otoczeniu po każdym obiegu nie może zajść zmiana.

Aby przemiany rzeczywiste mogły się odbyć, konieczna jest różnica temperatur dla wykonywania pracy; następuje wówczas spadek wartości parametrów, dlatego przemiany te stają się nieodwracalne.

Przemiany odwracalne mogą być traktowane tylko jako graniczne; przy zmianach istotnych są tylko szeregiem stanów równowagi, stanowiących granicę dwóch przemian względem siebie odwracalnych.

24. Obiegi odwracalne i nieodwracalne. Zakładając szereg zmian następujących po sobie, podczas których ciepło jest odbierane i doprowadzane oraz praca jest wykonywana i oddawana, przy czym są one tak dobrane, że ostatecznie czynnik wraca do stanu wyjściowego, to takie następstwo przemian tworzy tzw. obieg, czyli cykl. Przedstawiając obieg ten w pewnym układzie współrzędnych otrzymuje się zamknięty układ

krzywych (rys. 24), w którym czynnik wychodząc ze stanu przedstawionego punktem A przechodzi przez stan C do B. W tym okresie, na zasadzie poznanych poprzednio praw, bilans cieplny wyrazi sic zależnością.

<2i = Ub-U_A-\- jPdv

AB

Dla przemiany BDA miarodajne będzie podobne równanie tylko

0    znakach odwrotnych ze względu na kierunek doprowadzania ciepła.

1    oddawania pracy, więc

—q₂ = UA—UB+ J Pdv

BA

Po dodaniu tych równań otrzymuje się

<ł - <h-<h=J^PAv    (IV, 1

ACBOA

Ponieważ energia wewnętrzna w takim obiegu nie uległa zmianie ze względu na to, że czynnik wrócił do stanu Wyjściowego, więc cała ilość brakującego w bilansie ciepła musiała zostać zamieniona na pracę przedstawioną na wykresie rys. 24 polem ACBDA.

Jeżeli wszystkie przemiany są odwracalne, to i obieg złożony z takich przemian jest odwracalny, gdyby jednak nawet najmniejsza zmiana stanu odbyła się w tym okresie w sposób nieodwracalny, to choć pozostałe przemiany byłyby odwracalne, obieg będzie nieodwracalny. Mimo,

że stan czynnika wróci do stanu wyjściowego, jednak stan wyjściowy całego układu ze względu na nieodwracalność wymiany ciepła nie da się odtworzyć i w układzie już zajdą zmiany trwałe.

Obieg może się odbywać w przód (prawobieżny) w kolejności, jak pokazano na figurze ACBDA, jeżeli ciepło czerpane jest ze źródła górnego (grzejnicy) i wykonywana jest praca zewnętrzna kosztem dostarczonego ciepła, którego reszto oddawana jest do źródła dolnego (chłodnicy).

W przypadku gdy, odwrotnie, czerpie się ciepło ze źródła dolnego kosztem doprowadzanej pracy, podnosi się temperaturę czynnika i oddaje źródłu górnemu, otrzymuje się tzw. obieg wstecz (lewobieżny) w kolejności, jak pokazano na figurze ADBCA.

19