Procédé réversible (thermodynamique) - Reversible process (thermodynamics)

Thermodynamique
Le moteur thermique Carnot classique
Branches Classique Statistique Chimique Thermodynamique quantique Équilibre  / Non-équilibre
Lois Zéro D'abord Seconde Troisième
Systèmes Systeme ferme Système isolé État Équation d'état Gaz parfait Du vrai gaz État de la matière Phase (matière) Équilibre Contrôler le volume Instruments Processus Isobare Isochore Isotherme Adiabatique Isentropique Isenthalpic Quasistatique Polytropique Extension gratuite Réversibilité Irréversibilité Endorversibilité Cycles Moteurs thermiques Pompes à chaleur Efficacité thermique
Propriétés du système Remarque : Conjuguer les variables en italique Diagrammes de propriétés Propriétés intensives et extensives Fonctions de processus Travail Chaleur Fonctions de l'État Température  / Entropie  ( introduction ) Pression  / Volume Potentiel chimique  / Numéro de particule Qualité de la vapeur Propriétés réduites
Propriétés matérielles Bases de données de propriétés La capacité thermique spécifique  ${\style d'affichage c=}$ ${\style d'affichage T}$ ${\displaystyle \partial S}$ ${\style d'affichage N}$ ${\displaystyle \partial T}$ Compressibilité  ${\displaystyle \beta =-}$ ${\style d'affichage 1}$ ${\displaystyle \partial V}$ ${\style d'affichage V}$ ${\displaystyle \partial p}$ Dilatation thermique  ${\style d'affichage \alpha =}$ ${\style d'affichage 1}$ ${\displaystyle \partial V}$ ${\style d'affichage V}$ ${\displaystyle \partial T}$
Équations théorème de Carnot Théorème de Clausius Relation fondamentale Loi des gaz parfaits Relations Maxwell Onsager relations réciproques Les équations de Bridgman Tableau des équations thermodynamiques
Potentiels Énergie gratuite Entropie libre
Histoire Culture Histoire Général Entropie Lois sur le gaz Machines "à mouvement perpétuel" Philosophie Entropie et temps Entropie et vie cliquet brownien Le démon de Maxwell Paradoxe de la mort par la chaleur Le paradoxe de Loschmidt Synergétique Théories Théorie calorique Vis viva ("force vive") Équivalent mécanique de la chaleur Puissance motrice Publications clés " Une enquête expérimentale concernant ... la chaleur " " Sur l'équilibre des substances hétérogènes " " Réflexions sur la force motrice du feu " Délais Thermodynamique Moteurs thermiques De l'art Éducation La surface thermodynamique de Maxwell L'entropie comme dispersion d'énergie
Scientifiques Bernoulli Boltzmann Carnot Clapeyron Clausius Carathéodory Duhem Gibbs von Helmholtz Joule Maxwell von Mayer Onsager Rankine Smeaton Stahl Thompson Thomson van der Waals Waterston
Autre Nucléation Auto-assemblage Auto-organisation Ordre et désordre
Catégorie
v t e

En thermodynamique , un processus réversible est un processus dont la direction peut être inversée pour ramener le système à son état d'origine en induisant des changements infinitésimaux à une propriété de l' environnement du système . Tout au long du processus réversible, le système est en équilibre thermodynamique avec son environnement. Ayant été inversé, il ne laisse aucun changement ni dans le système ni dans l'environnement. Comme il faudrait un temps infini pour que le processus réversible se termine, les processus parfaitement réversibles sont impossibles. Cependant, si le système soumis aux changements répond beaucoup plus rapidement que le changement appliqué, l'écart par rapport à la réversibilité peut être négligeable. Dans un cycle réversible , un processus cyclique réversible, le système et son environnement seront ramenés à leurs états d'origine si un demi-cycle est suivi par l'autre demi-cycle.

Aperçu

Les processus thermodynamiques peuvent être réalisés de deux manières : de manière réversible ou irréversible. La réversibilité signifie que la réaction fonctionne en continu à quasi-équilibre . Dans un processus thermodynamiquement réversible idéal , l'énergie du travail effectué par ou sur le système serait maximisée et celle de la chaleur serait nulle. Cependant, la chaleur ne peut pas être entièrement convertie en travail et sera toujours perdue dans une certaine mesure (vers l'environnement). (Ceci n'est vrai que dans le cas d'un cycle. Dans le cas d'un processus idéal, la chaleur peut être complètement convertie en travail, par exemple, expansion isotherme d'un gaz parfait dans un agencement piston-cylindre.) Le phénomène de travail maximisé et de chaleur minimisée peut être visualisé sur un diagramme pression-volume comme l'aire sous la courbe d'équilibre, représentant le travail effectué. Afin de maximiser le travail, il faut suivre précisément la courbe d'équilibre.

Les processus irréversibles, d'autre part, résultent d'un éloignement de la courbe, diminuant ainsi la quantité de travail global effectué ; un processus irréversible peut être décrit comme un processus thermodynamique qui s'écarte de l'équilibre. L'irréversibilité est définie comme la différence entre le travail réversible et le travail réel d'un processus. Lorsqu'il est décrit en termes de pression et de volume , il se produit lorsque la pression (ou le volume) d'un système change si radicalement et instantanément que le volume (ou la pression) n'a pas le temps d'atteindre l'équilibre. Un exemple classique d'irréversibilité est de permettre à un certain volume de gaz d'être libéré dans le vide . En libérant la pression sur un échantillon et lui permettant ainsi d'occuper un grand espace, le système et l'environnement ne sont pas en équilibre pendant le processus d'expansion et il y a peu de travail effectué. Cependant, un travail important sera nécessaire, avec une quantité correspondante d'énergie dissipée sous forme de flux de chaleur vers l'environnement, afin d'inverser le processus (recompresser le gaz à son volume et à sa température d'origine).

Une autre définition d'un processus réversible est un processus qui, une fois qu'il a eu lieu, peut être inversé et, lorsqu'il est inversé, ramène le système et ses environs à leurs états initiaux. En termes thermodynamiques, un processus « en cours » ferait référence à sa transition d'un état à un autre.

Irréversibilité

Dans un processus irréversible , des changements finis sont effectués ; par conséquent, le système n'est pas à l'équilibre tout au long du processus. Au même point d'un cycle irréversible, le système sera dans le même état, mais l'environnement est modifié de façon permanente après chaque cycle. C'est la différence entre le travail réversible et le travail réel pour un processus comme le montre l'équation suivante : I = W _rev − W _a

Processus adiabatique réversible : L'état de gauche peut être atteint depuis l'état de droite ainsi que vice versa sans échange de chaleur avec l'environnement.

Frontières et états

Un processus réversible modifie l'état d'un système de telle sorte que le changement net de l' entropie combinée du système et de son environnement est nul. Les processus réversibles définissent les limites de l' efficacité des moteurs thermiques en thermodynamique et en ingénierie : un processus réversible est un processus dans lequel aucune chaleur n'est perdue du système en tant que « déchet », et la machine est donc aussi efficace que possible (voir Carnot cycle ).

Dans certains cas, il est important de faire la distinction entre les processus réversibles et quasi - statiques . Les processus réversibles sont toujours quasi-statiques, mais l'inverse n'est pas toujours vrai. Par exemple, une compression infinitésimale d'un gaz dans un cylindre où il existe un frottement entre le piston et le cylindre est un processus quasi-statique, mais non réversible. Bien que le système n'ait été entraîné de son état d'équilibre que par une quantité infinitésimale, la chaleur a été irréversiblement perdue en raison de la friction et ne peut pas être récupérée en déplaçant simplement le piston de manière infinitésimale dans la direction opposée.

Archaïsmes d'ingénierie

Historiquement , le terme principe de Tesla était utilisé pour décrire (entre autres) certains processus réversibles inventés par Nikola Tesla . Cependant, cette expression n'est plus d'usage conventionnel. Le principe stipulait que certains systèmes pouvaient être inversés et exploités de manière complémentaire. Il a été développé lors des recherches de Tesla sur les courants alternatifs où l'amplitude et la direction du courant variaient de manière cyclique. Lors d'une démonstration de la turbine Tesla , les disques tournaient et les machines fixées à l'arbre étaient actionnées par le moteur. Si le fonctionnement de la turbine était inversé, les disques faisaient office de pompe .

Voir également

• Réversibilité temporelle
• Cycle Carnot
• Production d'entropie
• Porte Toffoli
• Évolution temporelle
• Circuit quantique
• Informatique réversible
• Le démon de Maxwell
• Moteur Stirling

Les références