Nevratný děj

Nevratný děj v termodynamice označuje takový děj, který samovolně probíhá pouze jedním směrem. Zpravidla se termodynamické děje rozlišují na vratné a nevratné, ve skutečnosti jsou však všechny reálné děje do jisté míry nevratné. Každý vratný děj je nutně kvazistatický (rovnovážný), tj. idealizovaný děj, který probíhá jako posloupnost rovnovážných stavů. Ne každý kvazistatický děj je však vratný, např. pomalá adiabatická expanze plynu do vakua malou dírou v přepážce (bez konání práce) je nevratná.

Pokud je zaručeno, že ke změnám makroskopických veličin dochází po malých prostorových i časových krocích (v ideálním případě spojitým vývojem), lze mnoho procesů považovat za vratné (adiabatická expanze, atd.).

Při průběhu nekvazistatického (tj. nerovnovážného) nevratného děje není možné systému přiřadit některé stavové veličiny, které mimo rovnováhu nemají smysl (např. teplota, tlak nebo chemický potenciál). V prostoru i čase dochází ke skokovým změnám veličin (náhlá expanze plynu do vakua, přímý kontakt dvou látek o různých teplotách, atd.).

Nevratné děje jsou zodpovědné za zvyšování entropie ve vesmíru.

Charakterizace

Po proběhnutí nevratného děje se systém nemůže navrátit do svého původního stavu, bez zanechání stopy na svém okolí. To v praxi znamená, že je na navrácení systému do původního stavu nutné vynaložit práci pomocí nevratného stroje. Při konání této práce se totiž uvolňuje teplo, které se posléze dostane do okolí, čímž je v okolí zvýšena entropie. Ve výsledku se tak systém může dostat zpět do původní konfigurace, ale celková entropie vesmíru se zvýší. Nutno připomenout, že entropie částí systému se může snižovat, ale celková entropie ve vesmíru se musí vždy zvýšit (nebo zůstat stejná).

Ve skutečnosti jsou všechny děje nevratné, neboť se všechny odehrávají s jistou mírou nedokonalosti: téměř vždy dochází ke tření, platickým deformacím v materiálu atd. Vratné děje ale představují užitečný jednoduchý model pro mnoho reálných dějů, i když je jejich vratnost nutné brát jen jako přiblížení.

Příklady

Základním příkladem nevratného procesu v termodynamice je smíchání dvou různých plynů. Pokud jsou naopak plyny stejné, proces je vratný. S tím souvisí Gibbsův paradox.

Nevrátné procesy se pojí i s fázovými přechody. Kostka ledu, která je v rovnováze s vodou o nulové teplotě reprezentuje rovnovážný stav. Když se systém tvořený vodou a kostkou začne pomalu zahřívat, kostka začne tát a pohlcovat latentní teplo. Výsledek je, že se celková entropie v idealizovaném případě nezmění. Pokud je kostka ledu vhozena do teplé vody, začne opět tát, ale v tomto případě se jedná o nevratný děj. Uvnitř vody začne docházet k nevratnému přesunu tepla (chladná a teplá voda se spolu volně mísí). K tomu v rovnovážném případě docházet nebude, protože led i voda mají stejnou teplotu.

Odkazy

Literatura

• LUSCOMBE, James H. Thermodynamics. 1. vyd. [s.l.]: Taylor & Francis Group, 2018. 229 s. ISBN 978-1-138-54298-3. (anglicky) 
• GREINER, Walter; NEISE, Ludwig; STÖCKER, Horst. Thermodynamics and Statistical Mechanisc. Překlad Dirk Rischke. 1. vyd. [s.l.]: Springer, 1995. 463 s. Dostupné online. ISBN 0-387-94299-8. (anglicky) 
• CALLEN, Herbert B. Thermodynamics and an introduction ot Thermostatistics. 2. vyd. Singapur, Singapur: John Wiley & sons, 1985. 493 s. ISBN 0-471-86256-8. (anglicky) 
• LANDAU, Lev D.; LIFŠIC, Jevgenij M.; PITAEVSKIJ, Lev P. Course of Theoretical Physics, Statistical physics Part I. Překlad J. B. Sykes, M. J. Kearsley. 3. vyd. [s.l.]: Pergamon, 1980. 544 s. Dostupné online. ISBN 978-0-08-057046-4. (anglicky) 

Související články

• entropie
• termodynamický děj

Externí odkazy

• Obrázky, zvuky či videa k tématu nevratný proces na Wikimedia Commons

Autoritní data	NKC: ph241147 NLI: 987007562956505171

Portály: Fyzika