REVERSIBILE, PROCESSO

REVERSIBILE, PROCESSO

. In termodinamica si considerano spesso delle trasformazioni, come l'espansione di un gas, le reazioni chimiche, il cambiamento di stato di un corpo, ecc. Tali trasformazioni in generale fanno passare il sistema in evoluzione da uno stato di equilibrio a un altro di equilibrio; gli stati intermedî per contro non sono generalmente stati di equilibrio: per es., se si fa espandere un gas compresso da un pistone su cui grava un peso di 100 kg. togliendo tutto il peso in una sola volta, tale gas viene a trovarsi in uno stato di equilibrio soltanto all'inizio e alla fine della trasformazione; ma evidentemente non si trova in stato di equilibrio durante il moto del pistone. Tuttavia si possono immaginare delle trasformazioni, dette reversibili, tali che gli stati intermedî sono vicinissimi all'equilibrio; una trasformazione reversibile può pensarsi realizzata, nell'esempio precedente, facendo espandere il gas lentissimamente, togliendo 1 mg. per volta dal pistone, fino a levare l'intero peso di 100 kg.; in questo caso gli stati iniziale e finale possono essere identici a quelli dell'esempio precedente, ma la trasformazione è reversibile. Una trasformazione reversibile è, dunque, una successione di stati di equilibrio, o, approssimativamente, di stati molto vicini allo stato di equilibrio.

Una trasformazione reversibile che porta il sistema da uno stato A a uno stato B può essere riprodotta nel senso inverso, che va da B a A, facendo passare il sistema attraverso una serie di stati che differiscono infinitamente poco da quelli per i quali il sistema è passato nel primo senso: nel processo che va da A a B sono messe in giuoco una quantità di calore e un lavoro uguali e di segno contrario rispettivamente alla quantità di caiore e al lavoro che entrano nel bilancio del processo inverso, da B a A.

In ogni istante l'equilibrio deve essere realizzato sia dal punto di vista meccanico che dal punto di vista termico. Dal punto di vista meccanico la reversibilità esclude ogni sorta di attrito.

Dal punto di vista termico la reversibilità impone che gli scambî di calore tra una sorgente e una parte del sistema possano avvenire soltanto se la temperatura della sorgente differisce infinitamente poco da quella della detta parte del sistema; p. es., non è un'operazione reversibile riscaldare dell'acqua mettendola in una stufa a 100°, come pure raffreddare dell'acqua mettendola in una ghiacciaia. Un processo che riscaldi un corpo freddo in maniera reversibile è il seguente: ci si procura una infinità di sorgenti a temperature crescenti per gradi infinitamente piccoli, e si pone il corpo a contatto successivamente con tali sorgenti, di cui ognuna scambia col corpo stesso una quantità di calore infinitamente piccola con un salto di temperatura infinitamente piccolo.

Una trasformazione reversibile che sia fatta senza scambî di calore con l'esterno si dice trasformazione adiabatica. Per realizzare una trasformazione adiabatica si può immaginare un cilindro munito di un pistone senza attrito (il tutto impermeabile al calore).

Da questi cenni segue che le trasformazioni reversibili non sono realizzabili perfettamente; tuttavia si può immaginarle, come limite non assurdo di cose realizzabili; nozioni di questo genere (macchina senza attriti, filo inestensibile, ecc.) appaiono molto frequentemente nella fisica e hanno una grandissima importanza.

Supponiamo, p. es., di voler determinare la variazione di entropia di un sistema che passa da uno stato A a uno B; per questo non conviene esaminare ciò che avviene nella trasformazione reale che porta il sistema da A a B; occorre invece immaginare una trasformazione reversibile che vada da A a B, e calcolare quello che avverrebbe se questa trasformazione fosse realizzata. Talvolta è diffilìcile immaginare una trasformazione reversibile, specialmente quando intervengono delle modificazioni di natura chimica.

In una trasformazione adiabatica l'entropia resta costante, perché non vi è scambio di calore con l'esterno e la trasformazione è reversibile. In un sistema isolato l'entropia non può che aumentare; resterebbe costante nel caso limite in cui si producessero soltanto processi reversibili. Qualunque processo irreversibile (trasformazione reale) fa aumentare l'entropia.