Vizualizare sursă pentru „Proces ireversibil”

{{Termodinamică|expanded=sisteme}}
În [[termodinamică]] un '''proces ireversibil'''<ref name=BP><!-- Prof.dr.ing. -->[[Bazil Popa]] (coord.), ''Manualul inginerului termotehnician'', vol. 1, București: [[Editura Tehnică]], 1986, p.&nbsp;134</ref><ref name=NE><!-- Conf.dr.ing. -->Nicoleta Eșeanu, ''Fizică'' (curs, 2010), [[Universitatea Politehnica din București]], [http://www.physics.pub.ro/Cursuri/Nicoleta_Eseanu_-_Fizica_(Fac.Transp.,IA)_(2010)/Cap.VII.Termodinamica.pdf ''CAP. 7. Termodinamică''], p.&nbsp;128, accesat 2024-06-21</ref> este un [[transformare termodinamică |proces termodinamic]] care nu este [[proces reversibil |reversibil]]. Toate procesele naturale sunt ireversibile,<ref>{{en icon}} {{cite journal|last1=Lucia|first1=U|year=1995|title=Mathematical consequences and Gyarmati's principle in Rational Thermodynamics|journal=Il Nuovo Cimento|volume=B110|issue=10|pages=1227–1235|bibcode=1995NCimB.110.1227L|doi=10.1007/bf02724612|s2cid=119568672}}</ref><ref>{{en icon}} {{cite journal|last1=Grazzini|last2=Lucia|first2=U.|year=1997|title=Global analysis of dissipations due to irreversibility|journal=Revue Gènèrale de Thermique|volume=36|issue=8|pages=605–609|doi=10.1016/s0035-3159(97)89987-4}}</ref><ref>{{en icon}} {{Cite journal|last1=Lucia|first1=U.|year=2008|title=Probability, ergodicity, irreversibility and dynamical systems|journal=Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences|volume=464|issue=2093|pages=1089–1104|bibcode=2008RSPSA.464.1089L|doi=10.1098/rspa.2007.0304|s2cid=34898343}}</ref><ref>{{en icon}} Grazzini G., Lucia U., 2008, ''Evolution rate of thermodynamic systems'', 1st International Workshop "Shape and Thermodynamics" – Florența, 25 și 26 septembrie 2008, pp. 1-7</ref> deși o [[transformare de fază]] la [[temperatură |temperatura]] de coexistență (de exemplu, topirea unor [[cub]]uri de [[gheață]] în [[apă]]) este o bună aproximație a unui proces reversibil.

== Istoric ==
Fizicianul german [[Rudolf Clausius]] a fost în anii 1850 primul care a cuantificat matematic descoperirea ireversibilității în natură prin introducerea conceptului de [[entropie]]. În memoriile sale din 1854 ''Ueber eine veränderte Form des zweiten Hauptsatzes der mechanischen Wärmetheorie''<ref>{{de icon}} [[Rudolf Clausius]] ''Ueber eine veränderte Form des zweiten Hauptsatzes der mechanischen Wärmetheorie'', Poggendorffs Annalen, Band 93, 1854, p.&nbsp;481–506</ref> (în {{ro|Despre o formă modificată a celui de-al doilea principiu al teoriei mecanice a căldurii}}), Clausius afirmă:
{{citat|Mai mult, se poate întâmpla ca în loc de o transmitere descendentă a căldurii care însoțește, în același proces, transmiterea ascendentă, să se producă o altă schimbare permanentă care are particularitatea de a „nu fi reversibilă” fără a fi înlocuită nici cu o nouă schimbare permanentă similară sau care produce o transmitere descendentă a căldurii.}}

Pur și simplu, Clausius afirmă că este imposibil ca un sistem să transfere căldură de la un corp mai rece la un corp mai cald. De exemplu, o ceașcă de cafea fierbinte plasată într-o zonă la temperatura camerei (~22&nbsp;°C) va transfera căldură în împrejurimile sale și se va răci odată cu creșterea ușoară a temperaturii în aceste împrejurimi (acum la ~22,2 °C). Însă aceeași ceașcă inițială de cafea nu va absorbi niciodată căldură din împrejurimi, determinând-o să devină și mai fierbinte, odată cu scăderea temperaturii acestora (acum la ~21,8 °C). Prin urmare, procesul de răcire a cafelei este ireversibil dacă nu se adaugă energie suplimentară în sistem.

Însă atunci când s-a încercat să reconcilieze microanaliza unui sistem cu observațiile asupra stării sale macroscopice a apărut un [[paradoxul lui Loschmidt |paradox]]. Multe procese sunt reversibile din punct de vedere matematic la nivel microscopic atunci când sunt analizate folosind [[mecanică clasică |mecanica newtoniană clasică]]. Acest paradox afectează în mod clar explicațiile microscopice ale tendinței macroscopice spre echilibru, cum ar fi argumentul din 1860 al lui [[James Clerk Maxwell]], conform căruia coliziunile moleculare implică o egalizare a temperaturilor gazelor amestecate.<ref>{{en icon}} {{Cite journal | last1 = Gyenis | first1 = Balazs | doi = 10.1016/j.shpsb.2017.01.001 | title = Maxwell and the normal distribution: A colored story of probability, independence, and tendency towards equilibrium | journal = Studies in History and Philosophy of Modern Physics | volume = 57 | pages = 53–65 | year = 2017| arxiv = 1702.01411 | bibcode = 2017SHPMP..57...53G | s2cid = 38272381 }}</ref> Din 1872 și până în 1875 [[Ludwig Boltzmann]] a dat explicația statistică a acestui paradox sub forma [[formula entropiei a lui Boltzmann]], care afirmă că o creștere a numărului de microstări posibile în care s-ar putea afla un sistem va crește entropia sistemului, ceea ce face mai puțin probabil ca sistemul să revină la o stare anterioară. Formulele sale au cuantificat analiza făcută de [[William Thomson]], care a susținut că:<ref>{{en icon}} {{cite journal |last1=Bishop |first1=R. C. |last2=Bohm |first2=A. |last3=Gadella |first3=M. |title=Irreversibility in quantum mechanics |journal=Discrete Dynamics in Nature and Society |date=2004 |volume=2004 |issue=1 |pages=75–83 |doi=10.1155/S1026022604401046 |citeseerx=10.1.1.576.7850 |doi-access=free }}</ref><ref>{{en icon}} {{cite book |doi=10.1007/3-540-59158-3_31 |chapter=Microscopic reversibility and macroscopic behavior: Physical explanations and mathematical derivations |title=25 Years of Non-Equilibrium Statistical Mechanics |series=Lecture Notes in Physics |year=1995 |last1=Lebowitz |first1=Joel L. |volume=445 |pages=1–20 |isbn=978-3-540-59158-0 |s2cid=16589172 }}</ref>
{{citat|Ecuațiile mișcării în dinamica abstractă sunt perfect reversibile; orice soluție a acestor ecuații rămâne valabilă atunci când variabila de timp <math>t</math> este înlocuită cu <math>-t</math>. Pe de altă parte, procesele fizice sunt ireversibile: de exemplu, frecarea corpurilor, transmiterea căldurii și difuzia. Totuși, principiul disipării energiei este compatibil cu o teorie moleculară în care fiecare particulă este supusă legilor dinamicii abstracte.}}

O altă explicație a sistemelor ireversibile a fost prezentată de matematicianul francez [[Henri Poincaré]]. În 1890 el a publicat prima sa explicație a dinamicii neliniare, numită și [[teoria haosului]]. Aplicând teoria haosului la principiul al doilea al termodinamicii, paradoxul ireversibilității poate fi explicat prin erorile asociate cu scalarea de la microstări la macrostări și gradele de libertate folosite la efectuarea observațiilor experimentale. Sensibilitatea la condițiile inițiale legate de microstările compuse ale sistemului și împrejurimilor sale, duce la o apariție de caracteristici ireversibile în domeniul fizic observabil.<ref>{{en icon}} [http://www.tim-thompson.com/entropy2.html "The 2nd Law of Thermodynamics"].Page dated 2002-2-19. Retrieved on 2010-4-01.</ref>

== Descriere ==
În termodinamică, o schimbare în [[stare termodinamică |starea termodinamică]] a unui [[sistem  termodinamic |sistem]] și a întregii sale împrejurimi nu poate fi restabilită exact la starea sa inițială prin modificări [[infinitezimal]]e ale unor [[proprietăți intensive și extensive |proprietăți]] ale sistemului fără cheltuială de [[energie]]. Un sistem care trece printr-un proces ireversibil poate reveni la starea inițială. Deoarece entropia este o [[funcție de stare]], modificarea entropiei sistemului este aceeași indiferent dacă procesul este reversibil sau ireversibil. Însă imposibilitatea apare în a restabili mediul înconjurător la propriile sale condiții inițiale. Un proces ireversibil crește entropia totală a sistemului și a mediului înconjurător. [[Principiul al doilea al termodinamicii]] poate fi folosit pentru a determina dacă un proces ipotetic este reversibil sau nu.

Intuitiv, un proces este reversibil dacă nu există [[disipare]]. De exemplu, [[destindere Joule |destinderea Joule]] este ireversibilă deoarece inițial sistemul nu este uniform. Inițial, există o parte a sistemului care are [[gaz]] în el și o parte a sistemului care nu are. Pentru ca disiparea să aibă loc, trebuie să existe o astfel de neuniformitate. Este similară cu situația că într-un sistem o parte a gazului ar fi caldă, iar cealaltă rece. Atunci ar avea loc disiparea, distribuția temperaturii ar deveni uniformă fără a se efectua vreun lucru mecanic, iar acest proces ar fi ireversibil deoarece nu s-ar putea adăuga sau elimina [[căldură]] sau modifica [[volum (termodinamică) |volumul]] pentru a readuce sistemul la starea inițială. Astfel, dacă sistemul este întotdeauna uniform, atunci procesul este reversibil, ceea ce înseamnă că se poate readuce sistemul la starea inițială fie adăugând sau eliminând căldură, efectuând lucru mecanic asupra sistemului sau lăsând sistemul să producă lucru mecanic. Un alt exemplu este considerarea destinderii într-un [[motor cu ardere internă]] ca fiind reversibilă, s-ar presupune că după scânteie temperatura și presiunea se schimbă uniform în tot volumul. Evident, acest lucru nu este adevărat, există un front de flacără și uneori chiar [[detonație (motor) |detonație]]. Unul dintre motivele&nbsp;— dar nu singurul&nbsp;— pentru care [[motor diesel |motoarele diesel]] au un randament termic superior este că [[ardere]]a este mult mai uniformă, astfel încât se pierde mai puțină energie prin disipare, iar procesul este mai aproape de unul reversibil.

Fenomenul de ireversibilitate rezultă din faptul că dacă un sistem termodinamic suficient de complex, format din [[moleculă |molecule]] care interacționează, este adus dintr-o stare termodinamică în alta, configurația sau aranjarea atomilor și moleculelor din sistem se va schimba într-un mod care nu este ușor previzibil.<ref name=Lucia2009>{{en icon}} {{cite journal |last1=Lucia |first1=Umberto |title=Irreversibility, entropy and incomplete information |journal=Physica A: Statistical Mechanics and Its Applications |date=October 2009 |volume=388 |issue=19 |pages=4025–4033 |doi=10.1016/j.physa.2009.06.027 |bibcode=2009PhyA..388.4025L }}</ref><ref>{{en icon}} {{cite journal | last1 = Lucia | first1 = U | year = 2008 | title = Statistical approach of the irreversible entropy variation | journal = Physica A: Statistical Mechanics and Its Applications | volume = 387 | issue = 14| pages = 3454–3460 | doi = 10.1016/j.physa.2008.02.002 |bibcode = 2008PhyA..387.3454L }}</ref> O parte din „energia de transformare” va fi folosită deoarece moleculele [[agent de lucru |agentului de lucru]] acționează unele asupra altora atunci când se trece de la o stare la alta. În timpul acestei transformări va exista o oarecare pierdere de energie termică (disipație) din cauza frecării intermoleculare și a coliziunilor. Această energie nu va fi recuperabilă dacă procesul este inversat.

S-a descoperit că multe procese [[biologie |biologice]] despre care se credea că sunt reversibile sunt de fapt câte o pereche de două procese ireversibile. De exemplu se credea că o singură enzimă catalizează atât reacțiile biochimice directe, cât și pe cele inverse, cercetările au descoperit că sunt de obicei necesare două enzime diferite, cu structură similară, pentru a efectua fiecare dintre perechea de procese ireversibile termodinamic.<ref>{{en icon}} Lucia U., "Irreversible Entropy in Biological Systems", EPISTEME<br /> {{cite journal | last1 = Lucia | first1 = U. | last2 = Maino | first2 = G. | year = 2003 | title = Thermodynamical analysis of the dynamics of tumor interaction with the host immune system | journal = Physica A: Statistical Mechanics and Its Applications | volume = 313 | issue = 3–4| pages = 569–577 | doi=10.1016/S0378-4371(02)00980-9|bibcode = 2002PhyA..313..569L }}</ref>

== Exemple de procese ireversibile ==
[[Fișier:Adiabatic-irrevisible-state-change.svg|thumb|[[Proces adiabatic]] ireversibil: dacă cilindrul și pistonul sunt izolatoare termice perfecte, starea inițială din stânga sus nu mai poate fi atinsă după ce este schimbată în cea din dreapta sus. Starea din stânga jos este cea reală când se revine la presiunea inițială, deoarece lucrul mecanic produs de forța de frecare este convertit în căldură.]]

În domeniul fizic sunt prezente multe procese ireversibile cărora le poate fi atribuită incapacitatea de a obține o eficiență de 100&nbsp;% în transferul de energie. Lista următoare prezintă câteva evenimente spontane care contribuie la ireversibilitatea proceselor.<ref>{{en icon}} Moran, John (2008). "Fundamentals of Engineering Thermodynamics", p. 220. John Wiley & Sons, Inc., USA. {{ISBN|978-0-471-78735-8}}.</ref>
* [[Îmbătrânire]]a (această afirmație este contestată, deoarece s-a demonstrat că îmbătrânirea poate fi inversată la șoareci.<ref>{{en icon}} {{cite journal |last1=Ledford |first1=Heidi |title=Reversal of biological clock restores vision in old mice |journal=Nature |date=2 December 2020 |volume=588 |issue=7837 |pages=209 |doi=10.1038/d41586-020-03403-0 |pmid=33268879 |bibcode=2020Natur.588..209L |s2cid=227259860 }}</ref> S-a demonstrat că [[Nicotinamid adenin dinucleotid |NAD+]]<ref>{{en icon}} {{cite journal |last1=Yang |first1=Qingling |last2=Cong |first2=Luping |last3=Wang |first3=Yujiao |last4=Luo |first4=Xiaoyan |last5=Li |first5=Hui |last6=Wang |first6=Huan |last7=Zhu |first7=Jing |last8=Dai |first8=Shanjun |last9=Jin |first9=Haixia |last10=Yao |first10=Guidong |last11=Shi |first11=Senlin |last12=Hsueh |first12=Aaron J. |last13=Sun |first13=Yingpu |title=Increasing ovarian NAD+ levels improve mitochondrial functions and reverse ovarian aging |journal=Free Radical Biology and Medicine |date=20 August 2020 |volume=156 |pages=1–10 |doi=10.1016/j.freeradbiomed.2020.05.003 |pmid=32492457 |s2cid=219312914 }}</ref> și [[telomerază |telomeraza]]<ref>{{en icon}} {{cite journal |last1=Tsoukalas |first1=Dimitris |last2=Buga |first2=Ana |last3=Docea |first3=Anca |last4=Sarandi |first4=Evangelia |last5=Mitrut |first5=Radu |last6=Renieri |first6=Elisavet |last7=Spandidos |first7=Demetrios |last8=Rogoveanu |first8=Ion |last9=Cercelaru |first9=Liliana |last10=Niculescu |first10=Mihaela |last11=Tsatsakis |first11=Aristidis |last12=Calina |first12=Daniela |title=Reversal of brain aging by targeting telomerase: A nutraceutical approach |journal=International Journal of Molecular Medicine |date=10 September 2021 |volume=48 |issue=5 |pages=199 |doi=10.3892/ijmm.2021.5032 |pmid=34515324 |pmc=8448543 }}</ref> au efect asupra inversării îmbătrânirii.)
* [[Moarte]]a
* [[Timp]]ul
* [[Transmiterea căldurii]] la o diferență de temperatură finită
* [[Frecare]]a
* Deformarea plastică
* Trecerea [[curent electric |curentului electric]] printr-o [[rezistență electrică |rezistență]]
* Magnetizarea sau polarizarea cu histerezis
* [[Destindere Joule |Destinderea liberă]] a fluidelor
* [[Reacție chimică |Reacțiile chimice spontane]]
* [[Amestec]]ul spontan al materiei cu diferite [[compoziție chimică |compoziții]] sau stări termodinamice

== Note ==
<references />

== Vezi și ==
* [[Exergie]]
* [[Proces reversibil]]
* [[Termodinamica de neechilibru]]
{{Portal|Fizică}}

{{Control de autoritate}}
[[Categorie:Procese termodinamice|ireversibil]]