Diferencia entre procesos reversibles e irreversibles

Todo el estudio de la termodinámica se basa en tres concepciones denominadas primera, segunda y tercera leyes de la termodinámica. Estas leyes de la termodinámica se aplican únicamente cuando el sistema está en equilibrio o se mueve de un estado de equilibrio a otro estado de equilibrio. Se ha llegado a las leyes basadas puramente en la experiencia humana y no hay evidencia teórica para ninguna de estas leyes. Sin embargo, la validez de estas leyes está respaldada por el hecho de que la insignificancia contraria a estas leyes se ha plantado en consecuencia lejos y nada contrario se prevé.  

Importancia de la termodinámica –

• Nos ayuda a pronosticar si cualquier reacción química contribuida puede ocurrir bajo el conjunto de condiciones contribuidas.
• Ayuda a pronosticar la terminación de la reacción antes de que se logre el equilibrio.
• Ayuda a concluir algunas leyes consecuentes como la Ley del equilibrio químico, la Ley de distribución, etc.

Primera Ley de la Termodinámica

La primera ley de la termodinámica es únicamente la ley de conservación de la energía que establece que:

La energía no se puede crear ni destruir, aunque se puede hacer proselitismo de una forma a otra. Esto implica que toda la energía del universo (es decir, el sistema y el entorno) permanece constante, aunque puede experimentar transfiguraciones de una forma a otra.  

En palabras simples, se puede afirmar que la energía de un sistema aislado es constante.

Segunda Ley de la Termodinámica

Existía la restricción de la 1ª ley de la termodinámica que no pronostica la espontaneidad de un proceso. El efecto secundario que ayuda a pronosticar la espontaneidad de un proceso se llama segunda ley. Establece que en cualquier proceso espontáneo, la entropía del universo (sistema y entorno) siempre aumenta. Algunas otras definiciones son Todos los procesos espontáneos son termodinámicamente irreversibles o sin la ayuda de una agencia extraña, un proceso espontáneo no se puede revertir. Para concluir el enunciado más ordinario de la segunda ley, volvamos a abordar los procesos espontáneos sucesivos.

• Enfriamiento de una taza de té
• Difusión de una gota de tinta en agua
• El flujo de agua por una colina.
• Mezcla de dos gases

La segunda ley de la termodinámica se puede describir de la siguiente manera:

Todos los procesos espontáneos (o procesos naturales) son termodinámicamente irreversibles.

Los procedimientos antes mencionados pueden, sin embargo, ser realizados en la dirección inversa mediante la operación de alguna agencia accidental. Por ejemplo, el agua puede fabricarse para avanzar cuesta arriba con un motor eléctrico, el té puede calentarse nuevamente por calentamiento. Por lo tanto, la segunda ley se puede resumir alternativamente de la siguiente manera:

Sin la ayuda de una agencia externa, un proceso espontáneo no puede revertirse, por ejemplo, el calor no puede fluir por sí mismo de un cuerpo más frío a uno más caliente. 

Tercera Ley de la Termodinámica

Es la adherencia bien entendida de que la entropía de una sustancia absoluta aumenta con el aumento de la temperatura porque el movimiento molecular (es decir, traslación, vibración y rotación) aumenta con el aumento de la temperatura. Nuevamente, la entropía disminuye con una caída en la temperatura. Nernst formuló una observación consecuente sobre la entropía de sustancias cristalinas impecables en el cero absoluto y presentó un concepto observacional conocido como la tercera ley de la termodinámica,

La entropía del sólido perfectamente cristalino se acerca a cero, la temperatura se acerca al cero absoluto.

En disímiles términos, 

La entropía de todos los sólidos idealmente cristalinos puede tomarse como cero en el cero absoluto de temperatura.  

Proceso Reversible

El proceso en el que el sistema y los alrededores pueden reconstruirse desde el estado final al estado original sin ningún cambio en las propiedades termodinámicas del universo se denomina proceso reversible .

Proceso Reversible

Supongamos que el sistema ha experimentado una modificación del estado A al estado B. Sin embargo, y no hay cambio en el universo, el proceso se expresa como un proceso reversible si el sistema puede restaurarse del estado B al estado A. El El proceso reversible puede revertirse por completo y no queda rastro para demostrar que el sistema ha experimentado un cambio termodinámico. Para que el sistema sostenga el cambio reversible, debe ser infinitamente lento.

Todas las fluctuaciones de estado que ocurren durante el proceso reversible están en equilibrio termodinámico entre sí. Entonces, hay dos contingencias consecuentes para hacer el proceso reversible. Básicamente, el proceso debe tener lugar en un camino infinitamente corto y, en segundo lugar, todos los estados original y final del sistema deben estar en equilibrio entre sí.

Sin embargo, si el contenido de calor del sistema permanece constante durante el proceso reversible. Es un proceso adiabático, este proceso también es un proceso isotrópico, es decir, la entropía del sistema permanece constante.

Tipos de proceso reversible

Hay dos tipos de procesos reversibles que se presentan a continuación:

• Proceso internamente reversible: Se aclara que un proceso es internamente reversible si no ocurre irreversibilidad dentro de la terminación del sistema. En estos procesos, un sistema pasa por una serie de estados de equilibrio, y cuando se invierte el proceso, el sistema pasa por estados de equilibrio similares, reemplazando su estado original.
• Proceso reversible externamente: en un proceso reversible externamente, no ocurre irreversibilidad fuera de los límites del sistema durante el proceso. Por ejemplo, si la superficie de contacto entre el sistema y la fuerza está a la misma temperatura, la transferencia de calor entre la fuerza y ​​el sistema también es un proceso externamente reversible.

Proceso Irreversible

Los procesos irreversibles se denominan correspondientemente procesos innatos porque todas las acciones que tienen lugar en la naturaleza son procesos irreversibles. El proceso natural se debe al gradiente finito entre los dos estados del sistema. Por ejemplo, el gradiente de temperatura entre dos cuerpos hace que el calor fluya entre dos cuerpos; Este es en realidad el flujo natural de calor.

Además, el agua fluye de un nivel alto a un nivel bajo, la corriente se desborda de un potencial alto a un potencial bajo, etc. El estado original del sistema y el medio ambiente no se pueden recrear a partir del estado final en un proceso irreversible.

Los estados coloreados del sistema no están en equilibrio entre sí en el camino de modificación del estado original al estado final durante el proceso irreversible. Durante el proceso irreversible, la entropía del sistema aumenta significativamente y no se puede degradar a su valor más crítico.

Tipos de proceso irreversible

Hay dos tipos de procesos irreversibles que se presentan a continuación:

• Irreversibilidad interna:  En esta irreversibilidad interna, el efecto disruptivo está presente dentro del fluido de trabajo.
• Irreversibilidad externa: En esta irreversibilidad externa, los disipadores subsisten fuera del fluido de trabajo móvil. Ejemplo de fricción mecánica debida a una fuente externa.

Diferencia entre proceso reversible e irreversible

Proceso Reversible	Proceso Irreversible
El proceso se lleva a cabo infinitesimalmente lento, es decir, la diferencia entre la fuerza impulsora y la fuerza opuesta es muy muy pequeña.	Este proceso no se lleva a cabo infinitesimalmente lento sino que se lleva a cabo rápidamente, es decir, la diferencia entre la fuerza impulsora y la fuerza opuesta es bastante grande.
En cualquier etapa del proceso, el equilibrio no se altera.	El equilibrio puede existir solo después de la finalización del proceso.
Se necesita un tiempo infinito para su finalización.	Se necesita un tiempo finito para su finalización.
Es sólo imaginario y no se puede lograr en la práctica real.	Estos procesos realmente ocurren en la naturaleza.
El trabajo obtenido en este proceso es máximo.	El trabajo obtenido en este proceso no es el máximo.

Ejemplos de preguntas

Pregunta 1: El agua se descompone absorbiendo 286,2 kJ de energía eléctrica por mol. Cuando el H ₂ y el O₂ se combinan para formar un mol de H₂O, se producen 286,2 kJ de calor. ¿Qué ley se prueba? ¿Qué declaración de la ley se sigue de ella?

Responder:

Aquí se demuestra la ley de conservación de la energía (o primera ley de la termodinámica). Según el cual la energía no puede crearse ni destruirse, aunque puede convertirse de una forma a otra.

Pregunta 2: El agua se puede elevar con la ayuda de una bomba al tanque de agua ubicado en la parte superior de la casa. Entonces, ¿por qué no se considera espontáneo?

Responder:

Un proceso espontáneo debe continuar ocurriendo por sí solo después de la iniciación. Pero en el caso dado no es así mientras la bomba esté funcionando el agua subirá.

Pregunta 3: Estamos consumiendo mucha energía eléctrica, energía solar, etc. Por lo tanto, ¿concluyes que la energía del universo está disminuyendo continuamente? Explique. ¿Qué otra cantidad termodinámica aumenta o disminuye continuamente?

Responder:

No, la energía del universo permanece constante (ley de conservación de la energía). La entropía del universo está en constante aumento.

Pregunta 4: Explique por qué la entropía de una sustancia cristalina pura es cero en 0K. Mencione la ley en la que se basa. hacer cumplir esta ley?

Responder:

A 0 K, las partículas constituyentes de una sustancia cristalina pura tienen una disposición ordenada y sin desorden. Por lo tanto, su entropía se toma como cero. Esta afirmación se basa en la tercera ley de la termodinámica. La ley se aplica para encontrar la entropía absoluta de una sustancia en cualquier estado dado a cualquier temperatura dada.

Pregunta 5: ¿Cuáles son las diferencias entre los Procesos Reversibles y los Procesos Irreversibles?

Responder:

Las siguientes son las diferencias entre los procesos reversibles y los procesos irreversibles:

Proceso Reversible	Proceso Irreversible
El proceso se lleva a cabo infinitesimalmente lento, es decir, la diferencia entre la fuerza impulsora y la fuerza opuesta es muy muy pequeña.	Este proceso no se lleva a cabo infinitesimalmente lento sino que se lleva a cabo rápidamente, es decir, la diferencia entre la fuerza impulsora y la fuerza opuesta es bastante grande.
En cualquier etapa del proceso, el equilibrio no se altera.	El equilibrio puede existir solo después de la finalización del proceso.
Se necesita un tiempo infinito para su finalización.	Se necesita un tiempo finito para su finalización.
Es sólo imaginario y no se puede lograr en la práctica real.	Estos procesos realmente ocurren en la naturaleza.
El trabajo obtenido en este proceso es máximo.	El trabajo obtenido en este proceso no es el máximo.