Reversibile e irreversibile

Il secondo principio non solo vieta che l’entropia totale diminuisca, ma fornisce anche un criterio quantitativo e netto per distinguere i due tipi fondamentali di trasformazione.

Definizione operativa di reversibilità

Una trasformazione è reversibile se $\Delta S_\text{tot} = 0$, irreversibile se $\Delta S_\text{tot} > 0$.

Questa è una definizione operativa: non parla di velocità, di attrito o di dettagli tecnici, ma riduce tutto al calcolo di un unico numero. Basta calcolare la variazione di entropia totale del processo (sistema più ambiente) e guardarne il valore.

Il significato fisico dei due casi è profondo. Una trasformazione reversibile è un’idealizzazione: un processo così delicato da poter essere invertito esattamente, riportando sia il sistema sia l’ambiente allo stato di partenza, senza lasciare alcuna traccia. Nessun processo reale lo è davvero; è un limite a cui ci si può avvicinare rendendo le trasformazioni infinitamente lente e prive di attrito (quasi-statiche).

Una trasformazione irreversibile, invece, produce entropia: una volta avvenuta, non esiste alcun modo di tornare esattamente allo stato iniziale dell’universo. Si può riportare il sistema indietro, ma solo al prezzo di aumentare ancora l’entropia dell’ambiente. Ogni caffè che si raffredda, ogni gas che si espande, ogni attrito che scalda una superficie è un debito di entropia che l’universo non salda mai.

$\Delta S_\text{gas} = 0$ non significa reversibile

Attenzione a non confondere i due livelli. In una trasformazione l’entropia del gas può anche restare invariata o diminuire; ciò che il secondo principio vincola è l’entropia totale. Un’espansione libera nel vuoto ha $Q = 0$ ma $\Delta S_\text{tot} > 0$: è irreversibile pur non scambiando calore.

Il caso limite reversibile, $\Delta S_\text{tot} = 0$, è tutt’altro che inutile: sarà proprio la condizione che, nel prossimo capitolo, permetterà di definire le trasformazioni ideali di un gas e di calcolare il massimo lavoro estraibile da una sorgente di calore.

Collegamenti

Argomenti: Entropia e secondo principio Concetti: Secondo principio della termodinamica · Trasformazioni termodinamiche Competenze: Bilancio entropico

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