Hauptunterschied - Zyklischer und reversibler Prozess
Der zyklische Prozess und der reversible Prozess beziehen sich auf den Anfangs- und Endzustand eines Systems nach Abschluss einer Arbeit. Der Anfangs- und der Endzustand des Systems wirken sich jedoch auf zwei verschiedene Arten auf diese Prozesse aus. Beispielsweise sind in einem zyklischen Prozess der Anfangs- und der Endzustand nach Abschluss des Prozesses identisch, aber in einem reversiblen Prozess kann der Prozess umgekehrt werden, um seinen Anfangszustand zu erhalten. Dementsprechend kann ein zyklischer Prozess als reversibler Prozess betrachtet werden. Ein reversibler Prozess ist jedoch nicht unbedingt ein zyklischer Prozess, sondern nur ein Prozess, der umgekehrt werden kann. Dies ist der Hauptunterschied zwischen einem zyklischen und einem reversiblen Prozess.
Was ist ein zyklischer Prozess?
Der zyklische Prozess ist ein Prozess, bei dem das System in den gleichen thermodynamischen Zustand zurückkehrt, in dem es gestartet wurde. Die Gesamtenthalpieänderung in einem zyklischen Prozess ist gleich Null, da sich der endgültige und der thermodynamische Anfangszustand nicht ändern. Mit anderen Worten ist die interne Energieänderung in einem zyklischen Prozess ebenfalls Null. Denn wenn ein System einem zyklischen Prozess unterzogen wird, sind die anfänglichen und endgültigen internen Energieniveaus gleich. Die vom System in einem zyklischen Prozess geleistete Arbeit entspricht der vom System aufgenommenen Wärme.
Was ist ein reversibler Prozess?
Ein reversibler Prozess ist ein Prozess, der umgekehrt werden kann, um seinen Ausgangszustand zu erhalten, selbst nachdem der Prozess abgeschlossen wurde. Während dieses Prozesses befindet sich das System im thermodynamischen Gleichgewicht mit seiner Umgebung. Daher erhöht es nicht die Entropie des Systems oder der Umgebung. Ein reversibler Prozess kann durchgeführt werden, wenn die Gesamtwärme und der gesamte Arbeitsaustausch zwischen dem System und der Umgebung Null sind. Dies ist in der Natur praktisch nicht möglich. Es kann als hypothetischer Prozess betrachtet werden. Weil es wirklich schwierig ist, einen reversiblen Prozess zu erreichen.
Was ist der Unterschied zwischen zyklischem und reversiblem Prozess?
Definition:
Zyklischer Prozess: Ein Prozess wird nach Ausführung eines Prozesses als zyklisch bezeichnet, wenn der Anfangszustand und der Endzustand eines Systems identisch sind.
Reversibler Prozess: Ein Prozess wird als reversibel bezeichnet, wenn das System nach Abschluss des Prozesses in seinen Ausgangszustand zurückversetzt werden kann. Dies erfolgt durch eine infinitesimale Änderung einer Eigenschaft des Systems.
Beispiele:
Zyklischer Prozess: Die folgenden Beispiele können als zyklische Prozesse betrachtet werden.
- Expansion bei konstanter Temperatur (T).
- Wärmeabfuhr bei konstantem Volumen (V).
- Kompression bei konstanter Temperatur (T).
- Wärmezufuhr bei konstantem Volumen (V).
Reversibler Prozess: Reversible Prozesse sind ideale Prozesse, die praktisch nie erreicht werden können. Es gibt jedoch einige reale Prozesse, die als gute Annäherungen angesehen werden können.
Beispiel: Carnot-Zyklus (ein theoretisches Konzept, das 1824 von Nicolas Léonard Sadi Carnot vorgeschlagen wurde.
Annahmen:
- Der im Zylinder bewegte Kolben erzeugt während der Bewegung keine Reibung.
- Die Wände des Kolbens und des Zylinders sind perfekte Wärmeisolatoren.
- Die Wärmeübertragung hat keinen Einfluss auf die Temperatur der Quelle oder Senke.
- Arbeitsflüssigkeit ist ein ideales Gas.
- Kompression und Expansion sind reversibel.
Eigenschaften:
Zyklischer Prozess: Die am Gas geleistete Arbeit entspricht der vom Gas geleisteten Arbeit. Darüber hinaus ist die innere Energie und die Enthalpieänderung im System in einem zyklischen Prozess gleich Null.
Reversibler Prozess: Während eines reversiblen Prozesses befindet sich das System im thermodynamischen Gleichgewicht miteinander. Dafür sollte der Prozess in unendlich kurzer Zeit ablaufen und der Wärmeinhalt des Systems bleibt während des Prozesses konstant. Daher bleibt die Entropie des Systems konstant.
Bild mit freundlicher Genehmigung:
1. "Stirling Cycle" von Zephyris in der englischsprachigen Wikipedia. [CC BY-SA 3.0] über Commons
2. "Carnot Heat Engine 2" von Eric Gaba (Sting - fr: Sting) - Eigene Arbeit [Public Domain] über Commons
