Cosa accomuna in generale i processi reversibili e irreversibili?
Ciao, torno a importunarvi 
In realtà ho un dubbio che mi porto dietro dalle superiori e credo sia giunto il momento di risolverlo. Ho sempre fatto fatica a capire la reversibilità e irreversibilità di una trasformazione termodinamica perché mi faccio mille esempi diversi e trovo alcuni punti dubbi, provo a parlarvene un po', se vi va
Partiamo dal fatto che una trasformazione termodinamica è un processo che mi porta da uno stato A a un o stato B di equilibrio. Lo stato di equilibrio si distingue per il fatto che conosco il valore delle variabili di stato che li descrivono, le variabili sono stazionarie nel tempo (cioè non mutano) e descrivono con il loro valore l'intero sistema (non ho una sorta di gradiente della variabile, insomma ho la stessa T per tutto il sistema, ad esempio): d'altra parte l'equilibrio termodinamico per definizione consente di tre "sotto-equlibri" chimico, meccanico e termico (no scambio di calore).
Esistono trasformazioni quasistatiche e non-quasistatiche.
-In quella quasistatica abbiamo una suddivisione di infiniti stati di equilibrio, tipico delle trasformazioni reversibili. Possiamo rappresentare quete ultime sul piano di clapeyron collegando con una curva definita due punti A e B.
-Nel secondo tipo, invece, abiamo infiniti stati di non equilibrio, non abbiamo una variabile che rappresenti un punto della trasformazione se non solo per lo stato A e B, nel mezzo possiamo dire poco "hic sunt leones" e tagliamo così il discorso.
Passiamo a qualche esempio:
Due corpi a contatto con T diverse tra il primo e il secondo passa per infiniti punti in cui non equilibrio -> irreversibile
Un pistone che comprime un gas repentinamente: irreversible
Andiamo al cuore del DUBBIO:
Però cosa lega di fatto tutti questi esempi mi sfugge un po'. Mi chiedo il perché il non poter descrivere il sistema con un unica variabile di stato (poiche non è in equilibrio il sistema la variabile di stato cambia fissato un istante in ogni punto del cilindro in compressione rapida, non ho un'unica p per il cilindro) mi garantisca una irreversibilità? Ad esempio durante la compressione repentina di un gas in un cilindro ho pressioni diverse in varie sezioni trasverse del cilindro, questo rende impossibile trovare la p che descriva punto per punto il sistema nella trasformazione, non potrò quindi integrare $pdV$ in modo sensato. Però non è solo questa non conoscenza di p, e anche qualcosa di più profondo l'irreversibilita': il punto è che la pressione è maggiore vicino al pistone che sul fondo e quindi sto facendo un lavoro maggiore di quello che dovrei se andassi lentamente e avessi una pressione stabile (ma quindi l'irreversibilità è data dal non conoscere p o dal fatto che faccio più lavoro deldovuto per via di una maggiore pressione dovuta agli strati vicini al pistone? Mi sembran due concetti diversi); poi c'è un altro fatto un terzo fatto: il non essere reversibile mi garantisce il non avere punti sul grafico (cioè non posso collegare a e b con una curva). Tutte queste caratteristiche dette garantiscono l'irreversibilità perché mi sembran tute cose diverse, inoltre perché le cose discusse precedentemente mi garantiscono altresì che non possa percorrere al contrario il processo? Ad esempio potrei ipotizzare un processo che tornando indietro abbia lo stesso gradiente di pressione lungo l'asse del cilindro di quando ho compresso, ma che sia esattamente speculare dovrebbe benissimo essere reversibile.
Per la reversibile invece conosco volta per volta la variabile di stato, ho punto per punto un valore sul grafico e questo sembra implicare che posso percorrerla al contrario perché ho i valori noti in modo univoco.
Insomma non capisco cosa leghi le diverse caratteristiche dell'irreversibilità:
1) non posso percorrerla al contrario
2) non è in equilibrio e questo implica avere una unica variabile per integrare poiché non ho un'unico valore che descrive il sistema durante quel punto della trasformazione
2b) il fatto che non sia in equilibrio mi crea lavori di troppo (tipo col cilindro dell'esempio precedente)
3) non conoscendo questa benedetta variabile non vuol dire che non ci sia, quindi a conti fatti potrei immaginare punto per punto abbia un certo valore passando da A a B, ma allo stesso modo potrei avere quegli stessi valori (a me sconosciuti) tornando indietro da B ad A.
C'è qualche legame che mi sfugge su cosa leghi tutti questi fattori. Non so quanto sia stato chiaro in realtà, è un po' difficile da esprimere.
In realtà ho un dubbio che mi porto dietro dalle superiori e credo sia giunto il momento di risolverlo. Ho sempre fatto fatica a capire la reversibilità e irreversibilità di una trasformazione termodinamica perché mi faccio mille esempi diversi e trovo alcuni punti dubbi, provo a parlarvene un po', se vi va
Partiamo dal fatto che una trasformazione termodinamica è un processo che mi porta da uno stato A a un o stato B di equilibrio. Lo stato di equilibrio si distingue per il fatto che conosco il valore delle variabili di stato che li descrivono, le variabili sono stazionarie nel tempo (cioè non mutano) e descrivono con il loro valore l'intero sistema (non ho una sorta di gradiente della variabile, insomma ho la stessa T per tutto il sistema, ad esempio): d'altra parte l'equilibrio termodinamico per definizione consente di tre "sotto-equlibri" chimico, meccanico e termico (no scambio di calore).
Esistono trasformazioni quasistatiche e non-quasistatiche.
-In quella quasistatica abbiamo una suddivisione di infiniti stati di equilibrio, tipico delle trasformazioni reversibili. Possiamo rappresentare quete ultime sul piano di clapeyron collegando con una curva definita due punti A e B.
-Nel secondo tipo, invece, abiamo infiniti stati di non equilibrio, non abbiamo una variabile che rappresenti un punto della trasformazione se non solo per lo stato A e B, nel mezzo possiamo dire poco "hic sunt leones" e tagliamo così il discorso.
Passiamo a qualche esempio:
Due corpi a contatto con T diverse tra il primo e il secondo passa per infiniti punti in cui non equilibrio -> irreversibile
Un pistone che comprime un gas repentinamente: irreversible
Andiamo al cuore del DUBBIO:
Però cosa lega di fatto tutti questi esempi mi sfugge un po'. Mi chiedo il perché il non poter descrivere il sistema con un unica variabile di stato (poiche non è in equilibrio il sistema la variabile di stato cambia fissato un istante in ogni punto del cilindro in compressione rapida, non ho un'unica p per il cilindro) mi garantisca una irreversibilità? Ad esempio durante la compressione repentina di un gas in un cilindro ho pressioni diverse in varie sezioni trasverse del cilindro, questo rende impossibile trovare la p che descriva punto per punto il sistema nella trasformazione, non potrò quindi integrare $pdV$ in modo sensato. Però non è solo questa non conoscenza di p, e anche qualcosa di più profondo l'irreversibilita': il punto è che la pressione è maggiore vicino al pistone che sul fondo e quindi sto facendo un lavoro maggiore di quello che dovrei se andassi lentamente e avessi una pressione stabile (ma quindi l'irreversibilità è data dal non conoscere p o dal fatto che faccio più lavoro deldovuto per via di una maggiore pressione dovuta agli strati vicini al pistone? Mi sembran due concetti diversi); poi c'è un altro fatto un terzo fatto: il non essere reversibile mi garantisce il non avere punti sul grafico (cioè non posso collegare a e b con una curva). Tutte queste caratteristiche dette garantiscono l'irreversibilità perché mi sembran tute cose diverse, inoltre perché le cose discusse precedentemente mi garantiscono altresì che non possa percorrere al contrario il processo? Ad esempio potrei ipotizzare un processo che tornando indietro abbia lo stesso gradiente di pressione lungo l'asse del cilindro di quando ho compresso, ma che sia esattamente speculare dovrebbe benissimo essere reversibile.
Per la reversibile invece conosco volta per volta la variabile di stato, ho punto per punto un valore sul grafico e questo sembra implicare che posso percorrerla al contrario perché ho i valori noti in modo univoco.
Insomma non capisco cosa leghi le diverse caratteristiche dell'irreversibilità:
1) non posso percorrerla al contrario
2) non è in equilibrio e questo implica avere una unica variabile per integrare poiché non ho un'unico valore che descrive il sistema durante quel punto della trasformazione
2b) il fatto che non sia in equilibrio mi crea lavori di troppo (tipo col cilindro dell'esempio precedente)
3) non conoscendo questa benedetta variabile non vuol dire che non ci sia, quindi a conti fatti potrei immaginare punto per punto abbia un certo valore passando da A a B, ma allo stesso modo potrei avere quegli stessi valori (a me sconosciuti) tornando indietro da B ad A.
C'è qualche legame che mi sfugge su cosa leghi tutti questi fattori. Non so quanto sia stato chiaro in realtà, è un po' difficile da esprimere.
Risposte
1.)non puoi percorrerla al contrario, vuol dire che ci sono state forze d'attrito, e hai prodotto entropia..... Quindi irreversibile.
2.) il sistema non è in equilibrio, è stato prodotto del calore, aumenta l'entropia, non hai variabili di stato che sono fissate, irreversibile.
3.) non credo proprio
2.) il sistema non è in equilibrio, è stato prodotto del calore, aumenta l'entropia, non hai variabili di stato che sono fissate, irreversibile.
3.) non credo proprio
Grazie per l'intervento.
Fin qui ok, lo so, ma che c'azzecca questo con il fatto che non si passi per stati di equilibrio?
Mi chiedo come si mostri che è un se e solo se:
a) perché se non ho stati di equilibrio intermedi (dove le variabili di stato sono uniche per tutto il sistema ossia omogenee per il sistema) => non dissipo in attriti.
b) e la dimostrazione inversa <= perché se dissipo per attriti (quindi non posso andare al contrario) allora non ho stati di equilibrio con variabili di stato fisse per ogni punto del sistema?
E ancora, perché se tutto gira sul fatto di conoscere e non conoscere la variabile di stato lungo il processo? io posso come dicevo immaginare un processo inverso nel caso del pistone dove percorro tutte le tappe intermedie con il gradiente di pressione identico ma al contrario.
perché sono questi stati di equilibrio a garantirmi la non dissipazione?
Io non vedo il legame sinceramente, eppure deve esserci. Penso l'esempio del cilindro che facevo sia un prototipo utile al dubbio.
"Lucacs":
1.)non puoi percorrerla al contrario, vuol dire che ci sono state forze d'attrito, e hai prodotto entropia..... Quindi irreversibile.
Fin qui ok, lo so, ma che c'azzecca questo con il fatto che non si passi per stati di equilibrio?
Mi chiedo come si mostri che è un se e solo se:
a) perché se non ho stati di equilibrio intermedi (dove le variabili di stato sono uniche per tutto il sistema ossia omogenee per il sistema) => non dissipo in attriti.
b) e la dimostrazione inversa <= perché se dissipo per attriti (quindi non posso andare al contrario) allora non ho stati di equilibrio con variabili di stato fisse per ogni punto del sistema?
E ancora, perché se tutto gira sul fatto di conoscere e non conoscere la variabile di stato lungo il processo? io posso come dicevo immaginare un processo inverso nel caso del pistone dove percorro tutte le tappe intermedie con il gradiente di pressione identico ma al contrario.
perché sono questi stati di equilibrio a garantirmi la non dissipazione?
Io non vedo il legame sinceramente, eppure deve esserci. Penso l'esempio del cilindro che facevo sia un prototipo utile al dubbio.
Pensa se hai uno stato di equilibrio, hai la certezza che con un minimo spostamento torni allo stato iniziale.
Se non hai equilibrio non ci torni, a meno di compiere un lavoro
Se non hai equilibrio non ci torni, a meno di compiere un lavoro
Pensa se hai uno stato di equilibrio, hai la certezza che con un minimo spostamento torni allo stato iniziale (hai variabili di stato ben definite e costanti)
Se non hai equilibrio non ci torni, a meno di compiere un lavoro (non è in equilibrio, le variabili di stato non sono omogenee)
Se non hai equilibrio non ci torni, a meno di compiere un lavoro (non è in equilibrio, le variabili di stato non sono omogenee)
Grazie per le risposte innanzitutto.
Ok, quello che dici può tornarmi e condivido. Però torniamo alcaso del cilindro.
Comprimo un gas lentamente con infiniti stati di equilibrio: in questo caso la pressione è la stessa volta per volta omogeneamente nel cilindro è infatti un caso reversibile (idealmente). Benissimo
Ora lo comprimo invece velocemente, come dicevo non ho attrito in tal caso ma è comunque irreversibile perché gli strati adiacenti al pistone in compressione oppongono una forza di pressione maggiore. Sulla base del cilindro ho poca pressione, vicino al pistone molta, ho infatti un gradiente di pressione e noto che sto facendo un surplus di lavoro rispetto al caso quasistazionario (infatti comprimendo in questo modoil surplus di lavoro finisce in calore e il gas si scalda, nel caso precedente no).
Non ho attriti eppure è irreversibile, attrito e questo son due esempi molto diversi eppure sono accomunati dal fatto che non ho una variabile di stato omogenea i tutto il sistema e da questo discende irreversibilità.
Come dici tu potrebbero avere in comune il fatto che non risco a torare allo stato iniziale poiché non sono in equilibrio, va bene.
Però nessuno vieta questo fatto: èvero che non conosco le variabili di stato durante la trasformazione, la pressione del cilindro appunto, ma nessuno vieta che facendo il processo opposto ci sia un caso su infiniti in cui la pressione prenda esattamente il caso speculare a quello di compressione e io posso invertire il processo non compiendo alcun lavoro.
Insomma non mi è così immediato il legame tra non avere punti definiti sul grafico di clapeyron e il fatto che non posso invertire la trasformazione in modo del tuttosimmetrico. Nessuno vieta possa accadere infatti quando ho detto, ossia che le pressioni in espansione seguano esattamente il percorso di andata in ogni punto del cilindro.
Ok, quello che dici può tornarmi e condivido. Però torniamo alcaso del cilindro.
Comprimo un gas lentamente con infiniti stati di equilibrio: in questo caso la pressione è la stessa volta per volta omogeneamente nel cilindro è infatti un caso reversibile (idealmente). Benissimo
Ora lo comprimo invece velocemente, come dicevo non ho attrito in tal caso ma è comunque irreversibile perché gli strati adiacenti al pistone in compressione oppongono una forza di pressione maggiore. Sulla base del cilindro ho poca pressione, vicino al pistone molta, ho infatti un gradiente di pressione e noto che sto facendo un surplus di lavoro rispetto al caso quasistazionario (infatti comprimendo in questo modoil surplus di lavoro finisce in calore e il gas si scalda, nel caso precedente no).
Non ho attriti eppure è irreversibile, attrito e questo son due esempi molto diversi eppure sono accomunati dal fatto che non ho una variabile di stato omogenea i tutto il sistema e da questo discende irreversibilità.
Come dici tu potrebbero avere in comune il fatto che non risco a torare allo stato iniziale poiché non sono in equilibrio, va bene.
Però nessuno vieta questo fatto: èvero che non conosco le variabili di stato durante la trasformazione, la pressione del cilindro appunto, ma nessuno vieta che facendo il processo opposto ci sia un caso su infiniti in cui la pressione prenda esattamente il caso speculare a quello di compressione e io posso invertire il processo non compiendo alcun lavoro.
Insomma non mi è così immediato il legame tra non avere punti definiti sul grafico di clapeyron e il fatto che non posso invertire la trasformazione in modo del tuttosimmetrico. Nessuno vieta possa accadere infatti quando ho detto, ossia che le pressioni in espansione seguano esattamente il percorso di andata in ogni punto del cilindro.
No, il moto perpetuo non esiste fidati.
Se produci calore in modo irreversibile, hai attriti, anche se il pistone non ha attrito.
Vedi rendimento di una macchina termica
Se produci calore in modo irreversibile, hai attriti, anche se il pistone non ha attrito.
Vedi rendimento di una macchina termica
"Lucacs":
No, il moto perpetuo non esiste fidati.
Se produci calore in modo irreversibile, hai attriti, anche se il pistone non ha attrito.
Beh certo, ma l'idea era proprio capire cosa impedisse il succedere di quanto ipotizzo. Che sia sbagliato lo so anche io
, volevo capire il perché dei legami tra le varie caratteristiche di non invertibilità: il fatto di non avere variabili omogenee perché implica il non percorrerle al contrario. Posso immaginare come dicevo il caso in cui ripercorro con estrema perizia il contrario del percorso iniziale. Nessuno sembrerebbe vietarlo a priori poi so che non è così!
Non puoi trasformare calore in lavoro, hai una rendimento.
È questo quello che ti impedisce di tornare al punto di partenza.
Del lavoro, nell'irreversibile, si perde, ed è un dato sperimentale a cui tutti crediamo
È questo quello che ti impedisce di tornare al punto di partenza.
Del lavoro, nell'irreversibile, si perde, ed è un dato sperimentale a cui tutti crediamo
@algins
Ti ricordo un fatto che non hai tenuto presente nell’esporre il dubbio. Una trasformazione reversibile, quasi-statica, deve lasciare immutato anche l’ambiente esterno al sistema. Non è solo questione di definire una o più variabili di stato del sistema, che potrebbero assumere nella trasformazione inversa gli opposti dei valori che hanno assunto nella trasformazione diretta. Non puoi recuperare, in una irreversibile, la quantità di energia che hai buttato via trasferendola all’ambiente esterno, come fai ? Per esempio, hai generato calore mediante l’ attrito, che è irrecuperabile. Se fai cadere una pallina da una certa altezza $h$ a terra, questa rimbalza e l’esperienza ti dice che non ritorna mai all’altezza di partenza. Hai trasmesso energia all’ambiente, col suono, con la deformazione del pavimento, mediante l’attrito con l’aria: e come recuperi nella trasformazione inversa tutta questa energia? Non la recuperi, il processo è irreversibile.
Leggi queste poche pagine allegate ( da para. 14 in poi, le pagine sono numerate da 63 a 67 ) , e considera l’esempio della pallina che oscilla nella conca, idealmente senza attrito, ma in realtà con attrito, che rende la trasformazione irreversibile.
Ti ricordo un fatto che non hai tenuto presente nell’esporre il dubbio. Una trasformazione reversibile, quasi-statica, deve lasciare immutato anche l’ambiente esterno al sistema. Non è solo questione di definire una o più variabili di stato del sistema, che potrebbero assumere nella trasformazione inversa gli opposti dei valori che hanno assunto nella trasformazione diretta. Non puoi recuperare, in una irreversibile, la quantità di energia che hai buttato via trasferendola all’ambiente esterno, come fai ? Per esempio, hai generato calore mediante l’ attrito, che è irrecuperabile. Se fai cadere una pallina da una certa altezza $h$ a terra, questa rimbalza e l’esperienza ti dice che non ritorna mai all’altezza di partenza. Hai trasmesso energia all’ambiente, col suono, con la deformazione del pavimento, mediante l’attrito con l’aria: e come recuperi nella trasformazione inversa tutta questa energia? Non la recuperi, il processo è irreversibile.
Leggi queste poche pagine allegate ( da para. 14 in poi, le pagine sono numerate da 63 a 67 ) , e considera l’esempio della pallina che oscilla nella conca, idealmente senza attrito, ma in realtà con attrito, che rende la trasformazione irreversibile.
Grazie per la risposta dove!
Ora sono da cellulare e non riesco a leggerle ma domattina è la prima cosa che farò.
Ho capito quel che dici e in effetti non consideravo l'ambiente ma solo il sistema in sé. C'è tuttavia un punto che permane (non ho ancora letto le pagine ripeto) ma non resisto al chiederlo data la curiosità.
Non capisco perché la quasistatica, e quindi il trovare variabili omogenee, garantisca che non perdo nulla nell'ambiente e quindi garantisca a sua volta la invertibilità del processo.
Cioè ho capito che dipende da una dispersione, ma mi sfugge come si correli al fatto che ho infinite stabilità o al fatto che non possa definire (nelle irreversibili) in modo univoco sul piano di clapeyron.
Deve sottostare un legame perché la dispersione è sempre correlata al non trovare equilibrio nel mezzo, ma ora come ora non ce lo vedo questo legame.
Ora sono da cellulare e non riesco a leggerle ma domattina è la prima cosa che farò.
Ho capito quel che dici e in effetti non consideravo l'ambiente ma solo il sistema in sé. C'è tuttavia un punto che permane (non ho ancora letto le pagine ripeto) ma non resisto al chiederlo data la curiosità.
Non capisco perché la quasistatica, e quindi il trovare variabili omogenee, garantisca che non perdo nulla nell'ambiente e quindi garantisca a sua volta la invertibilità del processo.
Cioè ho capito che dipende da una dispersione, ma mi sfugge come si correli al fatto che ho infinite stabilità o al fatto che non possa definire (nelle irreversibili) in modo univoco sul piano di clapeyron.
Deve sottostare un legame perché la dispersione è sempre correlata al non trovare equilibrio nel mezzo, ma ora come ora non ce lo vedo questo legame.
Ciao. Non voglio riscrivere gli stessi messaggi già scritti tante volte, dai una occhiata per esempio qui e qua. Il secondo è simile ma lì più avanti nella discussione si mostra il legame con perdite e lavoro utile che può aiutare anche.
Una volta chiaro cosa significa reversibile e irreversibile tieni conto che, ovunque hai un gradiente in un sistema termodinamico, si innesca un meccanismo simile a quello dell'esempio nel link che rende il processo irreversibile. Considera che entra sempre in gioco il secondo principio per parlare di irreversibilità.
Se questo e quello che ti hanno già scritto non ti aiuta ne riparliamo.
Una volta chiaro cosa significa reversibile e irreversibile tieni conto che, ovunque hai un gradiente in un sistema termodinamico, si innesca un meccanismo simile a quello dell'esempio nel link che rende il processo irreversibile. Considera che entra sempre in gioco il secondo principio per parlare di irreversibilità.
Se questo e quello che ti hanno già scritto non ti aiuta ne riparliamo.
Le due risposte di Faussone, nei link che ha messo, sono ineccepibili, per obbiettività e chiarezza di esposizione. Magari si trovassero nei libri di termodinamica!
Algins, ti consiglio di salvarle nei tuoi segnalibri (tasto in basso) e rileggerli spesso.
In definitiva , è l’entropia dell’universo, come sistema isolato, che aumenta nelle trasformazioni cicliche irreversibili. Nell’esempio del pistone che comprime il gas irreversibilmente , tu puoi anche riportare il gas nelle condizioni termodinamiche di partenza , e quindi alla stessa entropia, ma a spese dì qualcosa, e ciò che aumenta è l’entropia totale del sistema, cioè dell’universo.
In una reversibile invece questo non accade, le variabili di stato cambiano di quantità infinitesime e in un tempo teoricamente infinito, questo vuol dire “quasi statico “ , cioè passare attraverso infiniti stati di equilibrio . E l’entropia del sistema non varia. Naturalmente le reversibili sono una astrazione, in natura non esistono, come non esistono i processi meccanici senza attrito: esempio della pallina. E allora perché si immaginano le tr reversibili ? Per poter fare dei conti applicando le leggi della termodinamica.
Ogni commento, rettifica o aggiunta di Faussone è gradito.
Algins, ti consiglio di salvarle nei tuoi segnalibri (tasto in basso) e rileggerli spesso.
In definitiva , è l’entropia dell’universo, come sistema isolato, che aumenta nelle trasformazioni cicliche irreversibili. Nell’esempio del pistone che comprime il gas irreversibilmente , tu puoi anche riportare il gas nelle condizioni termodinamiche di partenza , e quindi alla stessa entropia, ma a spese dì qualcosa, e ciò che aumenta è l’entropia totale del sistema, cioè dell’universo.
In una reversibile invece questo non accade, le variabili di stato cambiano di quantità infinitesime e in un tempo teoricamente infinito, questo vuol dire “quasi statico “ , cioè passare attraverso infiniti stati di equilibrio . E l’entropia del sistema non varia. Naturalmente le reversibili sono una astrazione, in natura non esistono, come non esistono i processi meccanici senza attrito: esempio della pallina. E allora perché si immaginano le tr reversibili ? Per poter fare dei conti applicando le leggi della termodinamica.
Ogni commento, rettifica o aggiunta di Faussone è gradito.
Ciao Five, grazie per l'apprezzamento!
Ho messo una piccola modifica nel messaggio precedente che è in realtà uno stimolo a una riflessione più specifica sul dubbio.
Ho messo una piccola modifica nel messaggio precedente che è in realtà uno stimolo a una riflessione più specifica sul dubbio.
Ho letto attentamente sia le interessantissime pagine scannerizzate che i due link. Devo dire che, paradossalmente, la parte sull'entropia riesco a digerirla abbastanza. Non posso dire di saperla padroneggiare ancora bene ma il concetto di fondo mi pare chiaro e negli esempi proposti mi sembra di vedere un "degradarsi" dell'energia e calore non più utilizzabile.
Però se poi sposto l'attenzione sul piano di clapeyron (che ha una curva definita per i processi reversibili da A a B e invece non è rappresentabile da una curva per quellli irreversibili) e sulla definizione di qusistatica come stati di equilibrio (cioè trovare variabili di stato omogenee per tutto il sistema in ogni punto capaci di definire appunto l'intero sistema) mi perdo.
Mi perdo perché il crescere dell'entropia ad esempio per attriti vari mi sembra una proprietà propria di quella data trasformazione e quello mi è piuttosto chiaro. L'entropia mi permette di racchiudere processi anche diversi che paiono non accomunati in una classe, la classe delle irreversibili: ed essa può essere due corpi di calori diversi a contatto ma anche una compressione di un gas,e qui le variabili in gioco che portano all'irreversibilitàsono diverse da una parte non equilibrio di temperature ma infiniti non equilibri di esse nella trasformazione e dall'altra pressioni. Però in comune hanno l'entropia che sale: è affascinante!
Però mi sembra sussista una condizione necessaria e sufficiente (un se e solo se) che lega l'interpretazione del processo irreversibile con l'entropia (detta qui sopra) all'interpretazione con "Non possibilità di trovare variabili di stato ossia non avere infiniti stati di equilibrio" ed èquesta seconda che non riesco ad afferrare. Stringo il pugno ma non trovo in mano nulla.
E' proprio quel legame che mi sfugge: perché tutti i processi irreversibili, tutti quelli per cui sale l'entropia sono solo e soltanto quelli non di infinitni non equilibrii? E perché tutti quelli con infiniti equilibri, di contro, non incrementano entropia (ossia sono reversibili)?
MI sembra che entropia ed equilibrio (che gioca sul concetto delle variabili omogenee per il sistema) siano due cose diverse, eppure portano entrambe a classificare una trasformazione come reversibile o meno, quindi un legame tra loro deve esserci.
Sento in cuor mio che deve esserci questo legame tra le due visioni delle cose, ma pr quanto mi stia dannando da giorni per trovarlo non riesco.
Però se poi sposto l'attenzione sul piano di clapeyron (che ha una curva definita per i processi reversibili da A a B e invece non è rappresentabile da una curva per quellli irreversibili) e sulla definizione di qusistatica come stati di equilibrio (cioè trovare variabili di stato omogenee per tutto il sistema in ogni punto capaci di definire appunto l'intero sistema) mi perdo.
Mi perdo perché il crescere dell'entropia ad esempio per attriti vari mi sembra una proprietà propria di quella data trasformazione e quello mi è piuttosto chiaro. L'entropia mi permette di racchiudere processi anche diversi che paiono non accomunati in una classe, la classe delle irreversibili: ed essa può essere due corpi di calori diversi a contatto ma anche una compressione di un gas,e qui le variabili in gioco che portano all'irreversibilitàsono diverse da una parte non equilibrio di temperature ma infiniti non equilibri di esse nella trasformazione e dall'altra pressioni. Però in comune hanno l'entropia che sale: è affascinante!
Però mi sembra sussista una condizione necessaria e sufficiente (un se e solo se) che lega l'interpretazione del processo irreversibile con l'entropia (detta qui sopra) all'interpretazione con "Non possibilità di trovare variabili di stato ossia non avere infiniti stati di equilibrio" ed èquesta seconda che non riesco ad afferrare. Stringo il pugno ma non trovo in mano nulla.
E' proprio quel legame che mi sfugge: perché tutti i processi irreversibili, tutti quelli per cui sale l'entropia sono solo e soltanto quelli non di infinitni non equilibrii? E perché tutti quelli con infiniti equilibri, di contro, non incrementano entropia (ossia sono reversibili)?
MI sembra che entropia ed equilibrio (che gioca sul concetto delle variabili omogenee per il sistema) siano due cose diverse, eppure portano entrambe a classificare una trasformazione come reversibile o meno, quindi un legame tra loro deve esserci.
Sento in cuor mio che deve esserci questo legame tra le due visioni delle cose, ma pr quanto mi stia dannando da giorni per trovarlo non riesco.
Entropia e equilibrio sono legatissimissime.
Se le variabili di sistema non cambiano (quasi statiche), non hai attriti tutto si conserva, hai variazione di entropia nulla.
D'altro canto considera un'adiabatica.
Comprimi, aumenta la temperatura, diminuisce il volume.
Per una reversibile e una irreversibile, la temperatura è la stessa (quasi) , il volume è lo stesso, pressione finale la stessa.
Ma quello che avviene durante la trasformazione è completamente differente, e ciò che fa aumentare l'entropia nella irreversibile
Se le variabili di sistema non cambiano (quasi statiche), non hai attriti tutto si conserva, hai variazione di entropia nulla.
D'altro canto considera un'adiabatica.
Comprimi, aumenta la temperatura, diminuisce il volume.
Per una reversibile e una irreversibile, la temperatura è la stessa (quasi) , il volume è lo stesso, pressione finale la stessa.
Ma quello che avviene durante la trasformazione è completamente differente, e ciò che fa aumentare l'entropia nella irreversibile
@algins
Il legame è sempre col secondo principio.
Prova a pensare al secondo principio nell'enunciato di Clausius.
Ogni volta che hai disuniformità in un sistema hai calore che fluisce verso zone a temperatura minore e quello rende quello che accade non più reversibile.
Un commento per tutti: ricordiamo che quando diciamo che per trasformazioni reversibili l'entropia non varia stiamo parlando di entropia di tutto l'universo, non solo del sistema che compie la trasformazione (a meno di non parlare di sistema adiabatico).
Il legame è sempre col secondo principio.
Prova a pensare al secondo principio nell'enunciato di Clausius.
Ogni volta che hai disuniformità in un sistema hai calore che fluisce verso zone a temperatura minore e quello rende quello che accade non più reversibile.
Un commento per tutti: ricordiamo che quando diciamo che per trasformazioni reversibili l'entropia non varia stiamo parlando di entropia di tutto l'universo, non solo del sistema che compie la trasformazione (a meno di non parlare di sistema adiabatico).
Ok forse ci sono, ci provo almeno.
Ci stavo ragionando (leggendo l'ultima pagina caricata da five) e mi pareva di aver intuito, poi ho letto le ultime vostre risposte e mi pare sia giusto, ma vediamo.
Sostanzialmente una trasformazione termodinamica dura finché non raggiungo un equilibrio e per parlare di equilibrio ho bisogno di avere il sistema e l'ambiente diviso in due parti, mi spiego meglio: ilsistema deve trovarsi materialmente tra due sotto-ambienti a temperature diverse, ad esempio (intuitivamente questo permette un flusso di qualche quantità).
SI aprono due strade:
-Se il sistema (macchina termica) si trova tra due ambienti ad es. a temperatura diversa non potrò trovare un unico valore omogeneo di variabile di stato T per l'intero sistema/macchina: ed ecco il legame, questa è una trasformazione chiaramente irreversibile di passaggio di calore dalla mbiente a T1 a quello a T2, e questo fatto garantisce che non ho appunto la variabile cercata , perché ho un gradiente non nullo nel sistema.
- Di contro quando il sistema è in equilibrio non produce lavoro e non sussiste alcuna trasformazione termodinamica, e per essere in equilibrio si trova tra a "scambiare" calore tra due ambienti a medesima temperatura ad esempio, o comunque tra due ambienti che garantiscono lo stesso valore di una certa variabile di stato tra due parti; quindi non potrò avere un flusso, non c'è un passaggio di una qualche quantità attraverso il sistema. In questo caso è interessante notare che in effetti la variabile di stato è unica per tutto il sistema. Ma un sistema in equilibrio è di per sé reversibile, infatti sono sempre nel medesimo stato: cosa più reversibile di questa non sarebbe immaginabile.
Andiamo oltre rispetto al finito...
Se ora mi spingo a una differenza infinitesima di due valori (ad esempio la carica temperatura nell'ambiente 1 e 2) posso immaginare di avere uno squilibrio minimo, che dico minimo: infinitesimo! Questo permette di pensarlo come uno stato di equilibrio e la somma di infiniti stati di piccoli equilibri sono una trasformazione reversibile.
Di contro se tutti questi stati infinitesimi sono invece anche se piccoli di non equilibrio beh, c'è poco da fare: quella trasformazione è per forza di cose irreversibile anche al finito (che si riflette nell'impossibilità di individuare la curva sul piano di clapeyron).
L'entropia assolve al compito di capire quando è reversibile o meno e con essa posso capire tutti questi casi, mi pare.
Insomma ho riassumendo trovato la condizione "se se solo se" che cercavo, forse:
- è sufficiente non avere equilibri per non trovare una trasformazione dove sia possibile descrivere con una variabile gli stati intermedi? -> Sì per quanto suddetto e questo si ha proprio quando è irreversibile con un flusso diretto di una quantità attraverso il sistema.
- E' sufficiente non avere una variabile definita omogeneamente per avere una trasformazione irreversibile? Sì perché non avere una variabile definita omogeneamente implica un gradiente che si esplica in un flusso di calore (ad esempio tra un t1 e t2) e questo a sua volta implica irreversibilità
Ci stavo ragionando (leggendo l'ultima pagina caricata da five) e mi pareva di aver intuito, poi ho letto le ultime vostre risposte e mi pare sia giusto, ma vediamo.
Sostanzialmente una trasformazione termodinamica dura finché non raggiungo un equilibrio e per parlare di equilibrio ho bisogno di avere il sistema e l'ambiente diviso in due parti, mi spiego meglio: ilsistema deve trovarsi materialmente tra due sotto-ambienti a temperature diverse, ad esempio (intuitivamente questo permette un flusso di qualche quantità).
SI aprono due strade:
-Se il sistema (macchina termica) si trova tra due ambienti ad es. a temperatura diversa non potrò trovare un unico valore omogeneo di variabile di stato T per l'intero sistema/macchina: ed ecco il legame, questa è una trasformazione chiaramente irreversibile di passaggio di calore dalla mbiente a T1 a quello a T2, e questo fatto garantisce che non ho appunto la variabile cercata , perché ho un gradiente non nullo nel sistema.
- Di contro quando il sistema è in equilibrio non produce lavoro e non sussiste alcuna trasformazione termodinamica, e per essere in equilibrio si trova tra a "scambiare" calore tra due ambienti a medesima temperatura ad esempio, o comunque tra due ambienti che garantiscono lo stesso valore di una certa variabile di stato tra due parti; quindi non potrò avere un flusso, non c'è un passaggio di una qualche quantità attraverso il sistema. In questo caso è interessante notare che in effetti la variabile di stato è unica per tutto il sistema. Ma un sistema in equilibrio è di per sé reversibile, infatti sono sempre nel medesimo stato: cosa più reversibile di questa non sarebbe immaginabile.
Andiamo oltre rispetto al finito...
Se ora mi spingo a una differenza infinitesima di due valori (ad esempio la carica temperatura nell'ambiente 1 e 2) posso immaginare di avere uno squilibrio minimo, che dico minimo: infinitesimo! Questo permette di pensarlo come uno stato di equilibrio e la somma di infiniti stati di piccoli equilibri sono una trasformazione reversibile.
Di contro se tutti questi stati infinitesimi sono invece anche se piccoli di non equilibrio beh, c'è poco da fare: quella trasformazione è per forza di cose irreversibile anche al finito (che si riflette nell'impossibilità di individuare la curva sul piano di clapeyron).
L'entropia assolve al compito di capire quando è reversibile o meno e con essa posso capire tutti questi casi, mi pare.
Insomma ho riassumendo trovato la condizione "se se solo se" che cercavo, forse:
- è sufficiente non avere equilibri per non trovare una trasformazione dove sia possibile descrivere con una variabile gli stati intermedi? -> Sì per quanto suddetto e questo si ha proprio quando è irreversibile con un flusso diretto di una quantità attraverso il sistema.
- E' sufficiente non avere una variabile definita omogeneamente per avere una trasformazione irreversibile? Sì perché non avere una variabile definita omogeneamente implica un gradiente che si esplica in un flusso di calore (ad esempio tra un t1 e t2) e questo a sua volta implica irreversibilità
Faccio solo un paio di osservazioni.
1) In una mole di gas, contenuto in un cilindro, ci sono qualcosa come $6.022* 10^(23) $ molecole di gas (numero di Avogadro). Non possiamo certo metterci a studiare il moto di tutte le molecole con le equazioni di Newton, tenendo anche conto di tutti gli urti che esse subiscono. Allora dobbiamo ricorrere a parametri macroscopici per descrivere questo insieme, quando è in equilibrio ( meccanico, termico, chimico). Cioè facciamo ricorso ai parametri di stato, per i quali si è visto essere sufficienti la pressione, il volume, la temperatura. Si potrebbero prendere anche altri parametri, ma questi risultano idonei, per quel che ne sappiamo, parlando di materia ordinaria (ora non chiedetemi che cos’è la materia ordinaria...).
2) se la mole di gas nel cilindro viene compressa rapidamente, il gas va fuori equilibrio. All’interno della massa di gas si generano infiniti valori diversi di pressione e di temperatura : come facciamo a rappresentarli su un diagramma (p,v) , visto che sono un po’ troppi, e oltretutto cambiano nel tempo ? Ecco perché le trasformazioni irreversibili non possono essere rappresentate: non sappiamo quali valori riportare, disegniamo una nuvola , e basta.
1) In una mole di gas, contenuto in un cilindro, ci sono qualcosa come $6.022* 10^(23) $ molecole di gas (numero di Avogadro). Non possiamo certo metterci a studiare il moto di tutte le molecole con le equazioni di Newton, tenendo anche conto di tutti gli urti che esse subiscono. Allora dobbiamo ricorrere a parametri macroscopici per descrivere questo insieme, quando è in equilibrio ( meccanico, termico, chimico). Cioè facciamo ricorso ai parametri di stato, per i quali si è visto essere sufficienti la pressione, il volume, la temperatura. Si potrebbero prendere anche altri parametri, ma questi risultano idonei, per quel che ne sappiamo, parlando di materia ordinaria (ora non chiedetemi che cos’è la materia ordinaria...).
2) se la mole di gas nel cilindro viene compressa rapidamente, il gas va fuori equilibrio. All’interno della massa di gas si generano infiniti valori diversi di pressione e di temperatura : come facciamo a rappresentarli su un diagramma (p,v) , visto che sono un po’ troppi, e oltretutto cambiano nel tempo ? Ecco perché le trasformazioni irreversibili non possono essere rappresentate: non sappiamo quali valori riportare, disegniamo una nuvola , e basta.
Sì mi torna questa riflessione.
Ma secondo te/voi il penultimo post è corretto come interpretazione?
Ma secondo te/voi il penultimo post è corretto come interpretazione?
, perché matematicamente è ben più semplice dellaparte di onde, ma concettualmente faccio una fatica nera a trovare il filo generale.
Certamente corretto, lo hai detto con molte parole, ma va bene
Puoi vedere la temperatura come una sorta di potenziale, e se fluisce qualcosa è perché la densità, o la temperatura, o altro non sono omogenee., non in equilibrio
Se hai un sistema tutto alla stessa temperatura, è in equilibrio.
Se ha entropia nulla è in equilibrio (o se è nulla la sua variazione)
Se hai densità tutte uguali, hai equilibrio
Puoi vedere la temperatura come una sorta di potenziale, e se fluisce qualcosa è perché la densità, o la temperatura, o altro non sono omogenee., non in equilibrio
Se hai un sistema tutto alla stessa temperatura, è in equilibrio.
Se ha entropia nulla è in equilibrio (o se è nulla la sua variazione)
Se hai densità tutte uguali, hai equilibrio
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