תהליך קוואזי סטטי

תהליך קוואזי סטטי בתרמודינמיקה הוא תהליך תרמודינמי, שקורה לאט מספיק כך שהמערכת תישאר בשיווי משקל תרמודינמי במהלכו. המילה "קוואזי" מקורה בלטינית, (quasi) פירושה כאילו.^[1] זהו תהליך כמעט סטטי. כאשר המערכת עוברת ממצב אחד למצב אחר, בכל צעד של המעבר היא כמעט בשיווי משקל. דוגמה לכך היא התרחבות קוואזי סטטית, בה נפח המערכת משתנה באטיות כה רבה, כך שהלחץ נשאר אחיד בכל המערכת בכל צעד במהלך התהליך.^[2] תהליך אידיאלי כזה הוא רצף של מצבי שיווי משקל, המאופיינים באיטיות אינסופית של המעבר ביניהם.^[3]

רק בתהליך קוואזי סטטי ניתן להגדיר במדויק גדלים אינטנסיביים (כגון לחץ, טמפרטורה, נפח, אנטרופיה) של המערכת בכל צעד במהלך התהליך. כלומר להגדיר את המצב המאקרוסקופי של המערכת; אחרת, לחלקים שונים של המערכת יהיו ערכים שונים של גדלים אלה כיוון שהמערכת אינה בשיווי משקל במהלך התהליך.

התנהגות המערכת בפועל היא רציפה, אך המודל הקוואזי סטטי מאפשר להגדיר בכל צעד בתהליך את ערכי הנפח והלחץ של המערכת ועל כן ניתן לצייר מסלול בין המצבים השונים ביניהם עוברת המערכת, בדיאגרמת PV.

תהליך הפיך

המונח התאורטי 'תהליך הפיך' הוא שימושי, אף על פי החוק השני של התרמודינמיקה אין תהליך הפיך מושלם ומדובר במצב אידיאלי. לדוגמה, דחיסה איטית של מערכת על ידי בוכנה הנתונה לחיכוך היא תהליך שאינו הפיך; אף על פי שהמערכת נמצאת תמיד בשיווי משקל תרמי, החיכוך גורם להיווצרותה של אנטרופיה, בניגוד להגדרת הפיכות. תהליך העברת חום איטית בין שני גופים בעלי שתי טמפרטורות שונות לחלוטין, כאשר קצב העברת החום נשלט על ידי מחיצה מוליכה גרועה ביניהם, הוא תהליך איטי שלא ניתן אפילו בתיאור אידיאלי לטעון כי הוא הפיך. במקרה זה, לא משנה עד כמה התהליך איטי, סדרת המצבים של המערכת המורכבת המכילה את שני הגופים, רחוקה משיווי משקל, שכן שיווי משקל תרמי למערכת מורכבת זו מחייב ששני הגופים יהיו באותה טמפרטורה.

תהליך הפיך הוא תהליך קוואזי סטטי, ואילו תהליך קוואזי סטטי אינו תמיד הפיך.

עבודת לחץ-נפח בתהליכים קוואזי סטטיים שונים

1. לחץ קבוע: תהליכים איזובריים,

   ${\displaystyle W_{1-2}=\int PdV=P(V_{2}-V_{1})}$

2. נפח קבוע: תהליכים איזוכוריים,

   ${\displaystyle W_{1-2}=\int PdV=0}$

3. טמפרטורה קבועה: תהליכים איזותרמיים,

   ${\displaystyle W_{1-2}=\int PdV,}$ כאשר P משתנה עם V דרך ${\displaystyle \quad PV=P_{1}V_{1}=C}$, כך ש:

   ${\displaystyle W_{1-2}=P_{1}V_{1}\ln {\frac {V_{1}}{V_{2}}}}$

4. תהליכים פוליטרופיים,

   ${\displaystyle W_{1-2}={\frac {P_{1}V_{1}-P_{2}V_{2}}{n-1}}}$

ראו גם

• תהליך איזוברי
• תהליך איזוכורי
• תהליך איזותרמי
• תהליך פוליטרופי
• תהליך הפיך

הערות שוליים

1. Lewis, C.T., Short, C. (1879). A Latin Dictionary, Clarendon Press, Oxford, page 1507.
2. Schroeder, Daniel (2000). An Introduction to Thermal Physics. United States: Addison Wesley Longman. pp. 20–21. ISBN 0-201-38027-7.
3. Rajput, R.K. (2010). A Textbook of Engineering Thermodynamics, 4th edition, Laxmi Publications (P) Ltd, New Delhi, pages 21, 45, 58.