تفاوت کلیدی – چرخه ای در مقابل فرآیند برگشت پذیر
فرآیند چرخه‌ای و فرآیند برگشت‌پذیر به حالت‌های اولیه و نهایی یک سیستم پس از اتمام کار مربوط می‌شود. با این حال، حالت های اولیه و نهایی سیستم به دو صورت متفاوت بر این فرآیندها تأثیر می گذارد. به عنوان مثال، در یک فرآیند چرخه‌ای، حالت‌های اولیه و نهایی پس از تکمیل فرآیند یکسان هستند، اما در یک فرآیند برگشت‌پذیر، فرآیند می‌تواند معکوس شود تا به حالت اولیه خود برسد. بر این اساس، یک فرآیند چرخه ای را می توان به عنوان یک فرآیند برگشت پذیر در نظر گرفت. اما، یک فرآیند برگشت پذیر لزوماً یک فرآیند چرخه ای نیست، بلکه فقط فرآیندی است که می تواند معکوس شود.این تفاوت کلیدی بین فرآیند چرخه‌ای و برگشت‌پذیر است.
فرآیند چرخه ای چیست؟
فرآیند چرخه ای فرآیندی است که در آن سیستم به همان حالت ترمودینامیکی که شروع شده باز می گردد. تغییر کلی آنتالپی در یک فرآیند چرخه ای برابر با صفر است، زیرا هیچ تغییری در حالت ترمودینامیکی نهایی و اولیه وجود ندارد. به عبارت دیگر، تغییر انرژی داخلی در یک فرآیند چرخه ای نیز صفر است. زیرا هنگامی که یک سیستم تحت یک فرآیند چرخه ای قرار می گیرد، سطح انرژی اولیه و نهایی داخلی برابر است. کار انجام شده توسط سیستم در یک فرآیند چرخه ای برابر با گرمای جذب شده توسط سیستم است.
فرآیند برگشت پذیر چیست؟
فرایند برگشت پذیر فرآیندی است که می تواند معکوس شود تا به حالت اولیه خود برسد، حتی پس از تکمیل فرآیند.در طی این فرآیند، سیستم با محیط اطراف خود در تعادل ترمودینامیکی است. بنابراین، آنتروپی سیستم یا محیط اطراف را افزایش نمی دهد. اگر حرارت کلی و تبادل کار کلی بین سیستم و محیط اطراف صفر باشد، می‌توان یک فرآیند برگشت‌پذیر انجام داد. این عملا در طبیعت امکان پذیر نیست. می توان آن را یک فرآیند فرضی در نظر گرفت. زیرا، دستیابی به یک فرآیند برگشت پذیر واقعاً دشوار است.
تفاوت بین فرآیند چرخه ای و برگشت پذیر چیست؟
تعریف:
فرآیند چرخه ای: به فرآیندی گفته می شود که پس از اجرای یک فرآیند، در صورتی که حالت اولیه و حالت نهایی یک سیستم یکسان باشد، چرخه ای است.
فرآیند برگشت‌پذیر: به فرآیندی برگشت‌پذیر گفته می‌شود که پس از تکمیل فرآیند بتوان سیستم را به حالت اولیه خود بازگرداند. این با انجام یک تغییر بی نهایت کوچک در برخی از ویژگی های سیستم انجام می شود.
مثال:
فرآیند چرخه ای: مثال های زیر را می توان به عنوان فرآیندهای چرخه ای در نظر گرفت.
- انبساط در دمای ثابت (T).
- حذف گرما در حجم ثابت (V).
- فشرده‌سازی در دمای ثابت (T).
- افزودن گرما در حجم ثابت (V).
فرآیند برگشت پذیر: فرآیندهای برگشت پذیر فرآیندهای ایده آلی هستند که هرگز به صورت عملی قابل دستیابی نیستند. اما برخی از فرآیندهای واقعی وجود دارد که می توان آنها را به عنوان تقریب های خوبی در نظر گرفت.
مثال: چرخه کارنو (مفهومی نظری که توسط نیکلاس لئونارد سادی کارنو در سال 1824 ارائه شد.
فرض:
- پیستون در حال حرکت در سیلندر هیچ اصطکاکی در حین حرکت ایجاد نمی کند.
- دیواره های پیستون و سیلندر عایق حرارتی کاملی هستند.
- انتقال گرما بر دمای منبع یا سینک تأثیر نمی گذارد.
- سیال کار یک گاز ایده آل است.
- فشرده و انبساط قابل برگشت هستند.
خواص:
فرایند چرخه ای: کار انجام شده بر روی گاز برابر با کار انجام شده توسط گاز است. علاوه بر این، انرژی داخلی و تغییر آنتالپی در سیستم در یک فرآیند چرخه ای برابر با صفر است.
فرایند برگشت پذیر: در طی یک فرآیند برگشت پذیر، سیستم در تعادل ترمودینامیکی با یکدیگر است. برای آن، فرآیند باید در زمان بی‌نهایت کم اتفاق بیفتد و محتوای حرارتی سیستم در طول فرآیند ثابت می‌ماند. بنابراین، آنتروپی سیستم ثابت می‌ماند.
