¿En qué se diferencia el flujo de energía entre un proceso directo y uno inverso?

Question

Matemáticamente ( $W=\int PdV$ ) y por la Primera Ley, entiendo que $1 \rightarrow 4 \rightarrow 3 \rightarrow 2 \rightarrow 1$ y $1 \rightarrow 2 \rightarrow 3 \rightarrow 4 \rightarrow 1$ no son simétricas; la primera requiere trabajo, mientras que la segunda lo da al entorno. Lo que me cuesta es sentir el vientre por qué . Un ejemplo físico: imagina una máquina que funciona así:

(1-2) Un pistón cargado con 3 ladrillos en un depósito caliente isotérmicamente se expande cuando se retira 1 ladrillo.

(2-3) Luego, retirado del contacto de cualquier depósito, se expande adiabáticamente al retirar el 2º ladrillo, enfriándose hasta la temperatura del depósito frío, donde

(3-4) se sustituye el 2º ladrillo, se produce la compresión isotérmica, entonces

(4-1) lejos del depósito se añade la 3ª, aumentando la temperatura hasta la temperatura caliente inicial.

Dado que los dos ciclos posibles son asimétricos, ¿en qué punto (1,2,3,4) difiere la energía interna del gas o la energía potencial de los ladrillos para los dos ciclos diferentes?

Answer 1

En todos ellos. En 1-2, 2-3, 3-4, así como en 4-1, el aumento de la energía interna tiene el signo contrario al que tiene en 2-1, 3-2, 4-3 y 1-4, respectivamente, porque son los mismos procesos ejecutados al revés. No es de extrañar que si uno suma los cuatro términos de la secuencia 1-2-3-4-1, obtenga también el signo contrario que en la secuencia opuesta 1-4-3-2-1.

El adjetivo "asimétrico" es engañoso o posiblemente erróneo. Hay una simetría perfecta, la simetría de inversión del tiempo, entre las dos direcciones del ciclo reversible. Pero no hay que olvidar que la simetría de inversión temporal intercambia el estado inicial y el final, por lo que invierte el signo de $\Delta E = E_f-E_i$ .

Una pregunta diferente y no trivial que podrías haber hecho es por qué en 1-2-3-4-1 (o, equivalentemente 1-4-3-2-1), el trabajo total realizado/absorbido durante el ciclo es distinto de cero. Pero es el caso, $\oint p\,dV$ o el son de la curva interior da el trabajo por ciclo.