Bedeutet eine reversible Wärmekraftmaschine, die Wärme mit einem idealen Gas austauscht, das eine Transformation durchführt, dass die Transformation reversibel ist?

Bedeutet die Tatsache, dass der Motor, der Wärme mit dem Gas austauscht, reversibel ist, dass die Transformation des idealen Gases (egal welche Transformation es ist) eine reversible Transformation ist?

Ja. Ein reversibler Motor ist ein Motor, der nur reversible Transformationen durchführt. Eine reversible Transformation, bei der zwei Systeme interagieren (in unserem Fall der Motor und das Gasreservoir), kann für das eine System nicht reversibel und für das andere irreversibel sein.

Die Motivation ist, dass Reversibilität eine Eigenschaft der Transformation als Ganzes ist . Bei einer reversiblen Transformation handelt es sich um die Variation der Entropie der Welt (System + Umwelt).$0$. Anders ausgedrückt: Die beiden wechselwirkenden Systeme müssen sich während der gesamten Umwandlung im thermodynamischen Gleichgewicht befinden.

Nehmen Sie zum Beispiel den Carnot-Zyklus , der der reversible Zyklus ist, der zwischen zwei Quellen arbeitet. Es geht so:

1. Reversible isotherme Ausdehnung ($1 \rightarrow 2$): Das System nimmt eine Menge auf$Q_1$von Hitze u$\Delta S_1 = Q_1/T_1$Entropie aus dem Reservoir$1$.
2. Reversible adiabatische Expansion ($2 \rightarrow 3$): Diese Transformation ist isentrop, also bleibt die Entropie der Welt unverändert.
3. Reversible isotherme Kompression ($3 \rightarrow 4$): Das System überträgt eine Menge$Q_2$von Hitze u$\Delta S_2 = Q_2/T_2$der Entropie zum Reservoir$2$.
4. Reversible adiabatische Kompression ($4 \rightarrow 1$): Diese Transformation ist isentrop, also bleibt die Entropie der Welt unverändert.

Betrachten wir die Entropie der Welt,$S_w$, wir sehen das

1. $\Delta S_{w,1} = \frac{Q_1}{T_1}-\frac{Q_1}{T_1} = 0$
2. $\Delta S_{w,2}=0$
3. $\Delta S_{w,3} = \frac{Q_2}{T_2}-\frac{Q_2}{T_2} = 0$
4. $\Delta S_{w,4} =0$

So dass$\Delta S_{w,total}=\sum_{i=1}^4 \Delta S_{w,i}$ist identisch $0$. Aber wenn wir die erste Transformation irreversibel machen (und denken Sie daran: es macht keinen Sinn zu sagen, dass sie für den Motor reversibel ist, aber irreversibel für das Reservoir ...), dann$\Delta S_{w,1} \neq 0$und daraus folgt$\Delta S_{W,total} \neq 0$, der Motor ist also nicht reversibel.

Der Grund, warum wir in der Thermodynamik von Wärmekraftmaschinen sprechen, ist, dass sie den allgemeinsten thermodynamischen Prozess erfassen, der mit zwei Körpern möglich ist. Jede Transformation kann wie folgt zusammengefasst werden: „Objekt A hat so viel Wärme aufgenommen/abgeführt, Objekt B hat so viel Wärme aufgenommen/abgeführt, so viel Arbeit ist herein/herausgekommen“, was passiert, wenn Sie eine Wärmekraftmaschine dazwischen stecken ihnen. Die Frage, ob man die Umwandlung grundsätzlich in einen Wechsel der Wärmequelle und einen Wechsel der Wärmekraftmaschine aufteilen kann, geht daher an der Sache vorbei. Wenn die „Umwandlung der Wärmequelle“ ein wesentlicher Faktor für Ihr Problem ist, erweitern Sie einfach das, was Sie als Ihren „Motor“ betrachten, um ihn.

Um Ihre Frage zu beantworten, können Sie davon ausgehen , dass, wenn die Wärmekraftmaschine reversibel ist, die gesamte Transformation reversibel ist, da sie die richtige Wärmekraftmaschine für das Problem ist .

Eine Wärmekraftmaschine ist reversibel, wenn alle mit dem Arbeitssystem in diesem verbundenen Prozesse reversibel sind. In diesem Fall muss also der Wärmeaustausch zwischen System und heißer Quelle (ideales Gas) reversibel sein.

Andererseits wissen wir das

In einem reversiblen Prozess bleibt die Entropie der Welt konstant

Dh

Ich denke, es ist nützlich, einen Blick auf den folgenden Abschnitt von „ THERMODYNAMICS An Engineering Approach, Fifth Edition, by YUNUS A. CENGEL and MICHAEL A. BOLES “ zu werfen .

Ich glaube, dass die Antwort sehr einfach sein kann. Wenn der Motor reversibel ist, sind seine internen Prozesse per Definition von "Reversibilität" alle quasistatisch, unabhängig von den internen Details der Maschine. Da andererseits die Maschine durch einen quasistatischen Prozess auf das Gas einwirkt, muss dieser Prozess definitionsgemäß reversibel sein.