¿Por qué no reversibles procesos aumentan la entropía del universo infinitamente?

Question

El libro de las Preguntas Frecuentes de la Termodinámica establece que:

Cuando nos referimos a la aprobación del sistema a través de una secuencia de equilibrio interno de los estados, sin el establecimiento de un equilibrio con el entorno a esto se le conoce como un cambio reversible. Un ejemplo que combina el concepto de cambio reversible y proceso reversible ahora serán consideradas.

Para este ejemplo, se define un sistema como un líquido y un vapor de una sustancia en equilibrio contenida dentro de un cilindro que en una circular extremo rígido inmuebles de la pared y en el otro extremo tiene un pistón ejerce una presión igual a la presión de vapor del líquido a la temperatura del sistema. La energía en forma de calor es aplicado a la superficie exterior del cilindro metálico y el calor fluye a través del cilindro (debido a la relativamente alta conductividad térmica), el aumento de la temperatura del líquido. Esto se traduce en una mayor evaporación de los líquidos y un aumento en la presión de vapor. El trabajo debe hacerse en el pistón a temperatura constante para mantener la presión. Este cambio en el sistema que se denomina un cambio reversible. Sólo puede ser llamado un proceso reversible si la temperatura de la sustancia que rodea el cilindro está a la misma temperatura que la del líquido y del vapor en el cilindro. Este requisito surge porque si las temperaturas no eran iguales, el flujo de calor a través de las paredes no sería reversible, y por lo tanto, todo el proceso no sería reversible.

Pero si el sistema y los alrededores son, de hecho, a la misma temperatura, entonces, ¿por qué este proceso se producen?

Mi entendimiento es que en el hecho de que son extremadamente diferentes en la temperatura, así que supongo que mi pregunta es ¿por qué infinitesimality obtiene estos procesos de "off the hook" para ser irreversible. En otras palabras, ¿por qué estos cambios infinitesimales no corresponden a un incremento infinitesimal en la entropía del universo, más bien que nada?

Answer 1

La entropía de los alrededores hace cambiar infinitesimalmente. Pero los alrededores son grandes y dicho cambio no cambio total de la entropía de los alrededores en cualquier forma sensata.

De hecho, ya se utiliza el hecho de poner el sistema a través de una serie de reversible pasos. Como usted señala, si la temperatura del sistema y los alrededores eran de hecho idénticos, el calor no fluirá. Pero son infinitamente diferentes y por lo tanto una cantidad infinitesimal de calor que fluye.

Lo mismo se aplica a los alrededores. También está experimentando un cambio reversible.

Answer 2

Reversible significa que puede ejecutar el proceso de forma inversa sin ningún tipo de "extrañeza". Revertir el proceso significa convertir todas las interacciones de manera opuesta. Digamos que, en algún proceso, se transfieren fuera del sistema 10 kJ de calor (signo de calor transferido fuera del sistema es negativo por lo que Q=-10 kJ). Revertir el proceso de transferencia de esta 10kJ de nuevo a sistema de entorno (signo positivo de este tiempo).

Ahora, vamos a decir, el sistema en realidad es más caliente que la rodea, por lo que la transferencia a cabo este 10 kJ de calor con facilidad (si el sistema tiene una gran capacidad de calor podemos descuidar el hecho de que se enfrió ligeramente). Pero volver es un poco torpe, el sistema es aún más caliente y queremos "poner de calor" la vuelta al sistema. Es simplemente imposible. Pero lo que es potencialmente posible es la transferencia de calor de ida y vuelta (evitando cualquier extrañeza) sin ningún tipo de diferencia de temperatura (o infinitamente pequeña diferencia de temperatura - entonces, ¿cómo de pequeño es realmente infinitesimalmente pequeño?).

Mi conclusión es que los procesos reversibles son potencialmente alcanzable pero no realista (algo así como perfecta de belleza) - cada proceso real es de hecho irreversible. Sin embargo, la usamos en la termodinámica como la simplificación de los procesos reales, y podemos obtener relativamente simples ecuaciones matemáticas para ellos.

Así que, esencialmente, la discusión sobre el realismo de los procesos reversibles son algo así como la discusión sobre el realismo del concepto de punto de geometría.

Answer 3

Por definición un proceso reversible en un sistema aislado no puede aumentar la entropía. Si se aumenta la entropía durante un proceso en un sistema aislado, entonces el proceso es irreversible, por definición.