En kvasistatisk process är inom termodynamiken en idealiserad process som definierar en kontinuerlig kurva längs systemets jämviktsyta, alltså hyperytan som definieras av systemets entropifunktion, och har en arbetsfunktion sådan att . Vissa författare inkluderar inte det senare kravet i definitionen av kvasistatisk. För att undvika missförstånd antar vi i resten av artikeln följande definitioner:
En process är analytiskt kvasistatisk om och endast om den definierar en kontinuerlig kurva längs systemets jämviktsyta. En process är termodynamiskt kvasistatisk om och endast om den är analytiskt kvasistatisk och det gäller att .
Reversibilitet Varken analytiskt eller termodynamiskt kvasistatska processer är nödvändigtvis reversibla. Även om det studerade systemet genomgår en termodynamiskt kvasistatisk process kan entropi genereras i omgivningen. Reversibilitet kräver att den totala entropiproduktionen för system och omgivningen är noll.
Tillämpning Fastän ingen process är kvasistatisk i någon bemärkelse i verkligheten kan begreppet vara till stor nytta då man analyserar verkliga processer. Eftersom exempelvis entropin är en tillståndsfunktion kan man ofta ersätta verkliga processer med tänkta, kvasistatiska processer som börjar och slutar vid samma tillstånd, vilket möjliggör tillämpning av termodynamiska samband. Detta illustreras med följande exempel:
En ideal gas med intern energi , volym och substansmängd befinner sig i en adiabatisk cylinder med en adiabatisk kolv i ena änden. Cylindern är omgiven av vakuum och kolven är rörlig längs cylindern men har fästs med en skruv. Man avlägsnar plötsligt skruven och låter gasen expandera mot vakuum till en ny volym , vid vilken kolven åter skruvas fast. Hur stor är förändringen i gasens entropi, ?
Vi kan beräkna längs en analytiskt kvasistatisk process genom att föreställa oss att vi, istället för att låta gasen expandera till slutvolymen på en gång, låter gasen expandera i infinitesimala steg fram till den önskade volymen. För en sådan infinitesimal expansion gäller
Vidare gäller enligt termodynamikens första huvudsats att . Eftersom processen är adiabatisk och gasen expanderar mot vakuum är alltså . Tillsammans med ideala gaslagen kan vi då skriva
Gasen befinner sig efter denna tänkta process i samma tillstånd som efter den verkliga expansionen, varför denna entropiförändring är lika med den förändring som orsakas av den äkta processen.
Referenser Noter
Kategori:Termodynamiska processer