Klíčový rozdíl – cyklický vs. reverzibilní proces
Cyklický proces a reverzibilní proces se týkají počátečních a konečných stavů systému po dokončení práce. Počáteční a konečný stav systému však tyto procesy ovlivňují dvěma různými způsoby. Například v cyklickém procesu jsou počáteční a koncové stavy po dokončení procesu totožné, ale v reverzibilním procesu lze proces obrátit a získat svůj počáteční stav. V souladu s tím lze cyklický proces považovat za vratný proces. Reverzibilní proces však nemusí být nutně cyklický proces, je to pouze proces, který lze zvrátit. Toto je klíčový rozdíl mezi cyklickým a reverzibilním procesem.
Co je cyklický proces?
Cyklický proces je proces, kdy se systém vrací do stejného termodynamického stavu, v jakém začal. Celková změna entalpie v cyklickém procesu je rovna nule, protože nedochází ke změně konečného a počátečního termodynamického stavu. Jinými slovy, vnitřní změna energie v cyklickém procesu je také nulová. Protože když systém prochází cyklickým procesem, počáteční a konečná úroveň vnitřní energie jsou stejné. Práce vykonaná systémem v cyklickém procesu se rovná teplu absorbovanému systémem.
Co je vratný proces?
Reverzibilní proces je proces, který lze obrátit, aby se dostal do původního stavu, a to i po dokončení procesu. Během tohoto procesu je systém v termodynamické rovnováze s okolím. Nezvyšuje tedy entropii systému ani okolí. Reverzibilní proces lze provést, pokud je celkové teplo a celková výměna práce mezi systémem a okolím nulové. To v přírodě není prakticky možné. Lze to považovat za hypotetický proces. Protože je opravdu obtížné dosáhnout reverzibilního procesu.
Jaký je rozdíl mezi cyklickým a reverzibilním procesem?
Definice:
Cyklický proces: O procesu se říká, že je cyklický, pokud jsou počáteční stav a konečný stav systému po provedení procesu totožné.
Reverzibilní proces: O procesu se říká, že je vratný, pokud lze systém po dokončení procesu obnovit do původního stavu. To se provádí provedením nekonečně malé změny v některé vlastnosti systému.
Příklady:
Cyklický proces: Následující příklady lze považovat za cyklické procesy.
- Expanze při konstantní teplotě (T).
- Odvod tepla při konstantním objemu (V).
- Komprese při konstantní teplotě (T).
- Přidání tepla při konstantním objemu (V).
Reverzibilní proces: Reverzibilní procesy jsou ideální procesy, kterých nelze prakticky nikdy dosáhnout. Existují však některé skutečné procesy, které lze považovat za dobré aproximace.
Příklad: Carnotův cyklus (teoretický koncept navržený Nicolasem Léonardem Sadi Carnotem v roce 1824.
Předpoklady:
- Pist pohybující se ve válci nevytváří během pohybu žádné tření.
- Stěny pístu a válce jsou dokonalé tepelné izolátory.
- Přenos tepla neovlivňuje teplotu zdroje nebo jímky.
- Pracovní kapalina je ideální plyn.
- Komprese a expanze jsou vratné.
Vlastnosti:
Cyklický proces: Práce vykonaná na plynu se rovná práci, kterou vykoná plyn. Kromě toho se vnitřní energie a změna entalpie v systému rovná nule v cyklickém procesu.
Reverzibilní proces: Během reverzibilního procesu je systém ve vzájemné termodynamické rovnováze. K tomu by proces měl proběhnout v nekonečně krátkém čase a tepelný obsah systému zůstává během procesu konstantní. Entropie systému proto zůstává konstantní.
