Итак, у нас есть термодинамическая система с начальным состоянием A, и её мы переводим во второе состояние B. Если мы совершили какой-либо процесс A\rightarrow B, то процесс обратимый в том случае, если найдётся какой-либо способ обратно (B\rightarrow A) перевести систему из состояния B в A, причём во внешней среде не будет никаких изменений. Можно разделить обратимый процесс на два типа:
- Способ перевода состояния B в A совершенно безразличен, т.е. не нужно ставить требование того, что для перехода между этими состояниями система должна проходить через такую же последовательность процессов. В таком случае процесс обратим в широком смысле слова. Можно, в принципе, не заострять внимание на этом типе обратимого процесса, нас более интересует следующий тип.
- Обратимый в узком смысле слова процесс. В отличие от предыдущего, для такого процесса переход B\rightarrow A вполне однозначен, и потому он обязательно должен быть квазистатическим. Это связано с тем, что неквазистатический процесс идёт с какой-то отличной от нуля скоростью, тогда для функций, описывающих состояние системы (внутренняя энергия, энтропия, …) нужно включать параметры, учитывающие это движение. Это приводит к тому, что система имеет много (в пределе – бесконечно много) степеней свободы, а для процесса B\rightarrow A направление скорости идёт противоположно, что уже говорит о том, что обратный переход не может быть обратимым.
Итак, для всех процессов справедливо первое начало термодинамики, поскольку оно и выражает закон сохранения энергии (а если в изолированной системе энергия сохраняется – то и проводить расчёты довольно нетрудно!). Но в случае с необратимым процессом нужно быть несколько осторожным в определении работы и изменении внутренней энергии. Немного этого обсуждалось в темах ранее:
Второе начало термодинамики накладывает некоторые ограничения в действии термодинамических систем, совершающих круговой процесс и определяет закон возрастания энтропии. Для круговых процессов справедливо неравенство Клаузиуса
и в пределе, когда все процессы равновесны (а значит и обратимы), неравенство переходит в равенство. К слову, отсюда и начинается появление понятия энтропии. То есть в принципе нет проблем с применением законов термодинамики в случае с необратимыми процессами, умение работать с этими понятиями постепенно формируется с решением задач.