Қайтымды және қайтымсыз порцестер

Қайтымды термодинамикалық процес деп жүйенің алғашқы күйіне қоршаған ортаға ешқандай өзгерістер қалдырмай оралуы айтылады. Қайтымды процестерге тек тепе-теңдік процестер ғана жатады. Өйткені, біз жоғарыда айтқанымыздай, тепе-теңдік процесінде жүйе бір-бірінен айырмашылығы өте аз көптеген күй тізбегінен өтеді. Мұндай күй тізбегі әуелі бір бағытта, сонан соң кері бағытта өткен кезде кез келген аралықта жүйені қоршаған ортадағы өзгерістер тек мәндерінің теріс немесе оң таңбаларымен ғана ерекшеленеді. Сондықтан жүйе өзінің бастапқы күйіне қайта оралғанда айнала қоршаған ортада болған өзгерістер қайта жойылып, бастапқы күйге келеді.

Денені бір күйден екінші күйге келтіретін процес үшін термодинамиканың бірінші бастамасын жазайық:

(4.22)

Сыртқы әсерді өзгерте отырып, жүйені 2 күйден алғашқы 1 күйіне қайта алып келуге болады, сонда:

Бұл тектес процестер циклдік немесе тұйық деп аталады. Жоғарыда қарастырғанымыздай, ішкі энергия жүйе күйінің функциясы болып табылады, сондықтан (4.22) мен (4.23) қосу арқылы мынаны аламыз:

1 күйден 2 күйге өту тепе-теңдік процесс болсын, яғни зерттелетін жүйенің температурасы мен жылу көзінің (қоршаған ортаның) температура айырымы, сондай-ақ ішкі және сыртқы қысымдар айырымы шексіз өте аз жағдайда өтсін дейік. Сонда сыртқы әсерді өзгертіп, (бағытын теріс, қарама-қарсы өзгерте отырып) бірінші жағдайда орын алған күй кезеңдерінен тепе-теңдік жағдайда қайта өткізіп, жүйені екінші күйден бірінші күйге қайтаруға болады (4.6 - сурет). Бұл жағдайда, әрине, болады да (4.24) бойынша Сыртқы денелердің өзгерісі, әдетте, олардың үстінен немесе олардың өзінің жүйе үстінен жұмыс істеуіне және жылу беруіне байланысты болады да, қарастырылатын жағдайда бұл жұмыстардың қосындысы 0-ге тең болғандықтан, жүйе біраз өзгерістерден соң өзінің алғашқы 1 күйіне қайтып келеді.

Тәжірибелерден температуралар айырымының нәтижесінде олардың азаю бағытында жүретін жылу беру процестері, мұндай процестерге квази тепе-теңдік (тепе-теңдік күй тізбегі) өзгерістерге ұшырайтын денелер қатысуына қарамай, қайтымсыз процеске жатады. Кез келген денелердің тепе-теңдік өзгерістері қайталанатын процес болады деп айта алмайтынымыз осыдан шығады. Мынандай бір мысал келтірейік. Температуралары және болатын екі дене берілсін Егер осы денені жылуды нашар өткізетін өткізгішпен жалғасақ, жылу алмасу өте жай өтеді де бұл процес квази тепе-тең (тепе-теңдік күйлер тізбегі) жағдайда өтеді. Екі дененің температурасы бірдей мәнге ие болған соң, өткізгішті алып тастап (4.7-сурет), бірінші денені температурасы тең термостаттың көмегімен бастапқы күйіне тепе-теңдік жағдайында келтіруге болады. Мұндай операцияны екінші денеге де қатысты басқа бір термостаттың көмегімен жүргізуге болады. Бұл қ
арастырылған жағдайда екі дене де өздерінің бастапқы күйлеріне тепе-теңдік жағдайда келтіріліп отыр. Дегенмен бұл процес жалпы қайталанбайтын процеске жатады. Себебі температурасы термостат белгілі бір жылуды берсе, дәл сондай жылуды болатын термостат алып отыр. Сонымен 1 және 2 денелер өздерінің бастапқы күйлеріне квази тепе-теңдік жағдайда қайтып оралғанымен қоршаған ортада (термостаттарда) белгілі өзгерістер қалып отыр.

(4.24) теңдеуімен сипатталатын денелердің тура және кері бағыттарда өтетін өзгерістерін қайта қарастырайық. Егер тура бағыттағы процесс ішкі және сыртқы күштердің шектік айырымдары болуына байланысты тепе-теңдікте болмаса, онда бірдей сыртқы денелерді пайдалана отырып, процесті кері бағытта, жүйенің тура бағытта және кері бағытта жасаған жұмыстары бір-бірін жоятындай етіп, жүргізуге болмайды:

Сонымен, кез-келген тепе-теңсіз процес қайталанбайтын процес болып табылады, яғни тепе-теңсіз өзгеріске ұшырған денені сыртқы әсерлердің көмегімен бастапқы күйіне қайта келтіруге болады, бірақ бұл жағдайда сыртқы ортадағы денелерде белгілі өзгерістер қалады