Quasistatischer Prozess

In der Thermodynamik ist ein quasi-statischer Prozess (auch bekannt als Quasi-Gleichgewicht, aus dem lateinischen quasi, was ‚als ob‘ bedeutet) ein thermodynamischer Prozess, der langsam genug abläuft, damit das System im inneren Gleichgewicht bleibt. Ein Beispiel hierfür ist die quasistatische Kompression, bei der sich das Volumen eines Systems mit einer Geschwindigkeit ändert, die langsam genug ist, damit der Druck im gesamten System gleichmäßig und konstant bleibt. Ein solcher Prozess ist eine Abfolge von Gleichgewichtszuständen, und unendliche Langsamkeit ist sein charakteristisches Merkmal.

Nur im quasistatischen Prozess können wir intensive Größen (wie Druck, Temperatur, spezifisches Volumen, spezifische Entropie) des Systems zu jedem Zeitpunkt während des gesamten Prozesses definieren; Da sonst kein inneres Gleichgewicht hergestellt wird, hätten verschiedene Teile des Systems unterschiedliche Werte dieser Größen.

Jeder reversible Prozess ist ein quasi-statischer Prozess. Quasistatische Prozesse mit Entropieerzeugung sind jedoch nicht reversibel. Ein Beispiel für einen quasistatischen Prozess, der nicht reversibel ist, ist eine Kompression gegen ein System mit einem reibungsbehafteten Kolben; Obwohl sich das System immer im thermischen Gleichgewicht befindet, sorgt die Reibung für die Erzeugung einer dissipativen Entropie, die direkt gegen die Definition von reversibel verstößt. Alternativ kann man sagen, dass Reibung nur dann Wärme und dissipative Entropie erzeugen würde, wenn die Bewegung des Kolbens nicht unendlich langsam wäre. Ein bemerkenswertes Beispiel für einen Prozess, der nicht einmal quasistatisch ist, ist der langsame Wärmeaustausch zwischen zwei Körpern bei zwei endlich unterschiedlichen Temperaturen, wobei die Wärmeaustauschrate durch eine annähernd adiabatische Trennung zwischen den beiden Körpern gesteuert wird — in diesem Fall, egal wie langsam der Prozess abläuft, ist der Zustand des Verbundsystems, das aus den beiden Körpern besteht, weit vom Gleichgewicht entfernt, da das thermische Gleichgewicht für dieses Verbundsystem erfordert, dass die beiden Körper die gleiche Temperatur haben.

Bezüglich der Unterscheidung zwischen quasi-statischen und reversiblen Prozessen gibt es in der Literatur einige Unklarheiten, da diese manchmal als Synonyme genommen werden. Der Grund ist der Satz, dass jeder reversible Prozess auch ein quasi-statischer Prozess ist, obwohl (wie wir oben dargestellt haben) das Gegenteil nicht wahr ist. In praktischen Situationen ist es wichtig, zwischen den beiden zu unterscheiden: Jeder Ingenieur würde daran denken, die Reibung bei der Berechnung der dissipativen Entropieerzeugung einzubeziehen, so dass es in der Praxis keine reversiblen Prozesse gibt. Die oben angegebene Definition ist dem intuitiven Verständnis des Wortes „quasi“ (als ob) „statisch“ näher und unterscheidet sich technisch von reversiblen Prozessen.

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