Una máquina reversible es una máquina que puede realizar ciclos reversibles. Los ciclos reversibles son ciclos que ocurren a través de cambios infinitesimales, o un número infinito de pasos cuasiestáticos, lo que hace que el proceso sea adiabático y, por lo tanto, reversible. Significa que no hay cambio en la entropía (sin disipación), y el sistema está en equilibrio termodinámico durante todo el proceso. Entonces llamamos a este proceso adiabático y reversible. Si sucede lo contrario, es irreversible.
Un proceso reversible es una aproximación para sistemas que responden (y alcanzan el equilibrio) más rápido que el cambio en los parámetros aplicados, ya que el número infinito de pasos es imposible.
El gas ideal también es una aproximación que puede ser válida para muchos usos prácticos, no solo en un ciclo de Carnot. Utilizamos leyes de gases ideales para el cálculo de parámetros de gases cuando trabajamos con gases de baja presión, donde las colisiones son insignificantes, por ejemplo.
Hay otras aproximaciones para otros casos, como el gas Clapeyron.
¿Qué es una máquina reversible? ¿Cuáles son algunos ejemplos en los que una sustancia es el gas ideal (además del ciclo de Carnot?
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La máquina de arriba es reversible. Si está equilibrado con precisión y no tiene fricción, agregar un pequeño peso a cada lado levantará el peso del otro lado. Cambia de lado y el proceso se invierte.
Desde la geometría, puede ver que el peso pequeño puede levantar el peso pesado, pero el peso pequeño tiene que moverse más.
F1 X D1 = F2 X D2.
Se puede demostrar que cualquier máquina irreversible que levantara las pesas una distancia mayor violaría la conservación de la energía.
Se está colocando un bloque de hielo contra una gran masa (un “depósito”) mantenida exactamente en el punto de congelación del agua (273,15 K). Aumentar un poco la temperatura del depósito (digamos 273.15000001 K) hará que el hielo se derrita de manera lenta. Disminuir la temperatura del depósito justo debajo del punto de congelación (273.1499999999 K) hará que el hielo se congele. El proceso se puede revertir sin agregar energía.
No se genera entropía.
Para los ciclos termodinámicos, se permite que un gas se expanda o se comprima usando presiones que son apenas (infinitamente) por encima o por debajo de la presión actual. Esto extrae el máximo trabajo de la expansión, o usa el menor trabajo posible en la compresión.
El proceso puede revertirse y no se genera entropía.
Al igual que con el balanceo, cualquier proceso que extraiga más energía que el ciclo reversible violaría la conservación de la energía.
Los argumentos termodinámicos no especifican la sustancia de trabajo. Usar un gas ideal es una buena manera de simplificar la situación y dejar en claro la física fundamental.
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