Reversibler Prozess: Unterschied zwischen den Versionen

Aktuelle Version vom 25. April 2021, 10:28 Uhr

Ein reversibler Prozess ist eine thermodynamische Zustandsänderung von Körpern, die jederzeit wieder umgekehrt ablaufen könnte, ohne dass die Körper oder deren Umgebung dabei bleibende Veränderungen erfahren. Bei idealen reversiblen Prozessen wird keine Entropie erzeugt, die Entropieproduktion ist folglich Null: $\Delta S=0.$

Dagegen rufen reale irreversible Prozesse mit Energiedissipation (zum Beispiel Reibung) eine Entropieproduktion im Inneren des Systems hervor, die hier immer positiv ist: $\Delta S>0$ .

Ob ein Prozess reversibel oder irreversibel ist, ist durch den im System erzeugten Entropiestrom definiert und nicht durch die Entropieänderung des Gesamtsystems, die von Entropieströmen über die Systemgrenze in Form von Wärme oder Stoffströmen abhängt (vgl. Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik).^[1]

In der klassischen Mechanik sind alle Vorgänge umkehrbar. In der Thermodynamik dagegen sind Zustandsänderungen nicht umkehrbar oder irreversibel, wenn sie sich auf einen Gleichgewichtszustand hinbewegen, in dem keine Temperatur- oder Druckunterschiede mehr vorliegen und aus dem sie sich mangels Potentialunterschiede nicht mehr herausbewegen; dies ist in der Realität meist der Fall.

Der Zweite Hauptsatz der Thermodynamik besagt, dass durch zu- oder abgeführte Wärme die maximal mögliche Arbeit vom System nur durch einen reversiblen Prozess geleistet werden kann.

Bei reversiblen Prozessen gilt für die Änderung $dS_{\mathrm {rev} }$ der Entropie S:

dS_{\mathrm {rev} }={\frac {\delta Q_{\mathrm {rev} }}{T}}

Dabei ist

$\delta Q_{\mathrm {rev} }$ die umgesetzte Wärmemenge
T die absolute Temperatur, bei der der Prozess abläuft.

Daraus lässt sich für reversible Kreisprozesse (zum Beispiel für den idealen Carnot-Prozess) folgern, dass keine Entropieänderung erfolgt:

\Rightarrow \Delta S=\oint {\frac {\delta Q_{\mathrm {rev} }}{T}}=0

Dagegen gilt für die Entropieänderung des Systems irreversibler Prozesse:

dS_{\mathrm {irrev} }>dS_{\mathrm {rev} }

Beispiele für irreversible Zustandsänderungen sind

die Wärmeleitung bei endlichen Temperaturunterschieden
die Durchmischung von Gasen oder Flüssigkeiten (Ausgleich von Partialdruckunterschieden)
Drosselung (Umwandlung von Druck in Bewegung)
Reibung (Umwandlung von Bewegung in Wärme).

Literatur

Horst Stöcker: Taschenbuch der Physik. 4. Auflage, Verlag Harry Deutsch, Frankfurt am Main 2000, ISBN 3-8171-1628-4.
Wolfgang Nolting: Grundkurs Theoretische Physik 4. Spezielle Relativitätstheorie und Thermodynamik. 6. Auflage, Springer-Verlag, Berlin 2005, ISBN 3-540-24119-1.

Einzelnachweise

↑ Vgl. Bernhard Weigand, Jürgen Köhler, Jens von Wolfersdorf: Thermodynamik kompakt. 4. Auflage, Springer Vieweg, Berlin/Heidelberg 2016, ISBN 978-3-662-49702-9, S. 28 ff.

[1] Vgl. Bernhard Weigand, Jürgen Köhler, Jens von Wolfersdorf: Thermodynamik kompakt. 4. Auflage, Springer Vieweg, Berlin/Heidelberg 2016, ISBN 978-3-662-49702-9, S. 28 ff.

[1]

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-Ein '''reversibler Prozess''' ist eine [[Thermodynamik|thermodynamische]] [[Zustandsänderung]] von [[Körper (Physik)|Körper]]n, die jederzeit wieder umgekehrt [[Thermodynamischer Prozess|ablaufen]] könnte, ohne dass die Körper oder deren [[Offenes System|Umgebung]] dabei bleibende [[Veränderung]]en erfahren.
+Ein '''reversibler Prozess''' ist eine [[Thermodynamik|thermodynamische]] [[Zustandsänderung]] von [[Körper (Physik)|Körper]]n, die jederzeit wieder umgekehrt [[Thermodynamischer Prozess|ablaufen]] könnte, ohne dass die Körper oder deren [[Offenes System|Umgebung]] dabei bleibende [[Veränderung]]en erfahren. Bei [[Idealisierung (Physik)|idealen]] reversiblen Prozessen wird ''keine'' [[Entropie]] erzeugt, die [[Entropieproduktion]] ist folglich Null: <math>\Delta S = 0.</math>
-Reale '''irreversible''' Prozesse mit Energiedissipation (z.&nbsp;B. Reibung) rufen eine [[Entropieproduktion]] im Inneren des Systems hervor. Es gilt dann: <math>\Delta S > 0</math>. Die Entropieerzeugungsrate, oder auch  Entropieproduktionsrate genannt, ist immer positiv.
+Dagegen rufen reale [[irreversibler Prozess|irreversible Prozesse]] mit Energie[[dissipation]] (zum Beispiel [[Reibung]]) eine Entropieproduktion im Inneren des Systems hervor, die hier immer positiv ist: <math>\Delta S > 0</math>.
-Bei Idealen '''reversiblen''' Prozessen wird keine [[Entropie]] erzeugt. Die Entropieproduktionsrate ist folglich Null: <math>\Delta S = 0</math>
+Ob ein Prozess reversibel oder irreversibel ist, ist durch den ''im System'' erzeugten Entropiestrom definiert und ''nicht'' durch die Entropieänderung des Gesamtsystems, die von Entropieströmen ''über die Systemgrenze'' in Form von [[Wärme]] oder Stoffströmen abhängt (vgl. [[Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik]]).<ref>Vgl. Bernhard Weigand, Jürgen Köhler, Jens von Wolfersdorf: ''Thermodynamik kompakt.'' 4.&nbsp;Auflage, Springer Vieweg, Berlin/Heidelberg 2016, ISBN 978-3-662-49702-9, S.&nbsp;28&nbsp;ff.</ref>
-Ob ein Prozess reversibel oder irreversibel ist, ist durch den im System erzeugten Entropiestrom definiert und nicht von der Entropieänderung des Gesamtsystems, die von Entropieströmen über die Systemgrenze in Form von Wärme oder Stoffströmen abhängt. (Vergleiche hierzu den 2. Hauptsatz der Thermodynamik).<ref>Vgl. Weigand,Bernhard: Thermodynamik kompakt, Heidelberg 2013, S.28ff</ref>
+In der [[klassische Mechanik|klassischen Mechanik]] sind ''alle'' Vorgänge umkehrbar. In der [[Thermodynamik]] dagegen sind Zustandsänderungen ''nicht'' umkehrbar oder irreversibel, wenn sie sich auf einen [[Gleichgewichtszustand]] hinbewegen, in dem keine Temperatur- oder Druckunterschiede mehr vorliegen und aus dem sie sich mangels [[Potential (Physik)|Potential]]<nowiki/>unterschiede nicht mehr herausbewegen; dies ist in der Realität meist der Fall.
-In der [[klassische Mechanik|klassischen Mechanik]] sind ''alle'' Vorgänge umkehrbar, in der Thermodynamik sind Zustandsänderungen ''nicht'' umkehrbar oder [[Irreversibler Prozess|irreversibel]], wenn sie sich auf einen [[Gleichgewichtszustand]] hinbewegen, in dem keine Temperatur- oder Druckunterschiede mehr vorliegen und aus dem sie sich mangels [[Potential (Physik)|Potential]]<nowiki/>unterschiede nicht mehr herausbewegen. Dies ist in der Realität meist der Fall.
+Der Zweite Hauptsatz der Thermodynamik besagt, dass durch zu- oder abgeführte Wärme die maximal mögliche [[Arbeit (Physik)|Arbeit]] vom System nur durch einen reversiblen Prozess geleistet werden kann.
-Der [[Thermodynamik #Zweiter_Hauptsatz|2. Hauptsatz der Thermodynamik]] besagt, dass durch zu- oder abgeführte Wärme die maximal mögliche [[Arbeit (Physik)|Arbeit]] vom System nur durch einen reversiblen Prozess geleistet werden kann.
 Bei reversiblen Prozessen gilt für die Änderung <math>dS_{\mathrm{rev}}</math> der [[Entropie]]&nbsp;''S'':
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 * ''T'' die [[absolute Temperatur]], bei der der Prozess abläuft.
-Daraus lässt sich für reversible [[Kreisprozess]]e (z.&nbsp;B. für den idealen [[Carnot-Prozess]]) folgern, dass keine Entropieänderung erfolgt:
+Daraus lässt sich für reversible [[Kreisprozess]]e (zum Beispiel für den idealen [[Carnot-Prozess]]) folgern, dass keine Entropieänderung erfolgt:
 :<math>\Rightarrow \Delta S = \oint \frac{\delta Q_{\mathrm{rev}}}{T} = 0 </math>
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 == Literatur ==
-* Horst Stöcker: ''Taschenbuch der Physik.'' 4. Auflage, Verlag Harry Deutsch, Frankfurt am Main 2000, ISBN 3-8171-1628-4.
+* Horst Stöcker: ''Taschenbuch der Physik.'' 4.&nbsp;Auflage, Verlag Harry Deutsch, Frankfurt am Main 2000, ISBN 3-8171-1628-4.
-* Wolfgang Nolting: ''Grundkurs Theoretische Physik 4. Spezielle Relativitätstheorie und Thermodynamik'' 6. Auflage, Springer-Verlag, Berlin 2005, ISBN 3-540-24119-1
+* Wolfgang Nolting: ''Grundkurs Theoretische Physik 4. Spezielle Relativitätstheorie und Thermodynamik.'' 6.&nbsp;Auflage, Springer-Verlag, Berlin 2005, ISBN 3-540-24119-1.
 == Einzelnachweise ==