Совокупность изменений состояния термодинамической системы при переходе из одного состояния в другое под воздействием окружающей среды называют термодинамическим процессом.
Состояние газа, при котором каждый из его параметров по всей массе имеет одинаково значение, называется равновесным состоянием.
Термодинамические процессы могут быть равновесными и неравновесными.
Равновесный процесс - это процесс, который проходит через равновесные состояния, т.е. когда параметры газа (удельный объем, давление и температура) одинаковы во всех точках объема. Равновесные процессы протекающие бесконечно медленно и состоят из бесконечно большого количества равновесных состояний, причем в любой момент времени между рабочим телом и окружающей средой устанавливается равновесие, то есть между окружающей средой и рабочим телом разницы температуры и давления бесконечно малыми. Равновесные процессы для любого момента времени имеют фиксированные значения основных параметров, поэтому их можно изображать графически с помощью диаграмм (PV, TS-диаграммы).
Реальные процессы неравновесные. Неривноваженисть реальных процессов определяется, прежде всего, тем, что под влиянием внешних условий они протекают с конечными скоростями и в рабочем теле не успевает устанавливаться равновесное состояние (параметры состояния по всей массе газа являются неодинаковыми).
Термодинамика в первую очередь рассматривает равновесные состояния и равновесные процессы изменения состояния газа. Равновесные процессы обладают свойством обратимости, которое заключается в том, что они могут быть пройдены в обратном направлении через все состояния прямого процесса.
Обратимые процессы - это процессы, протекающие как в прямом, так и в обратном направлении через одни и тоже сами равновесные состояния. При этом по их окончании ни в самой системе, ни в окружающей среде не остается никаких изменений.
Основными условиями обратимости процессов являются:
- Условие внешней обратимости - наличие температурной и механической равновесий, т.е. равенство температур и давлений рабочего тела и окружающей среды;
- Условие внутренней обратимости - отсутствие трения, диффузии и других односторонне направленных процессов.
В тепловых двигателях и аппаратах процессы протекают при конечной разности температур между источником и рабочим телом, поэтому такие процессы необратимыми. Все реальные процессы в земных условиях являются необратимыми.
Все аналитические зависимости в термодинамике, которые характеризуют процессы изменения состояния, относятся к оборотным процессов. Переход от обратимых процессов к реальным, необратимых, осуществляется путем введения эмпирических коэффициентов, учитывающих отклонения реальных процессов от обратимых.