¿La expansión isotérmica de un gas es un proceso reversible?

Un proceso es reversible si el cambio de entropía del sistema y su entorno es cero. La entropía del sistema puede cambiar y la entropía de su entorno puede cambiar en un proceso reversible siempre que su suma no cambie. En su caso, si el gas estuvo en contacto con un baño a temperatura constante durante la expansión (para mantener constante la temperatura del gas), el cambio de entropía del baño habría sido menos el cambio de entropía del gas.

La reversibilidad es cuando$dS=\frac{\delta Q}T$por lo que la entropía puede cambiar pero el signo de igualdad debe cumplirse.

Así que ya tienes$\Delta S = Nk\ln(\frac{V_f}{V_i})$

Nota para un proceso isotérmico,$\delta Q=dW$. Para gases ideales,$PV=NkT$o$P=\frac{NkT}{V}$

Entonces, el trabajo realizado durante la expansión es$dW=\int_{V_i}^{V_f}PdV$

reemplazando P con la ley de los gases ideales,$dW=\int_{V_i}^{V_f}\frac{NkT}{V}dV=NkT\ln \frac{V_f}{V_i}$.

A continuación, puede mostrar$\frac{\delta Q}T=Nk\ln \frac{V_f}{V_i}=dS$para el proceso de expansión isotérmica de gas ideal y concluir que es un proceso reversible.

La compresión/expansión lenta de un gas no siempre provoca un cambio en S. En términos de función de onda, con una compresión/expansión lo suficientemente lenta, cambia la energía del sistema, pero la multiplicidad no cambia, cada molécula o partícula sufre un cambio de energía, pero el número de niveles de energía no cambia, aunque sí cambia la energía en cada nivel.

Una partícula en el$n$el nivel permanecerá en el$n$th nivel, a pesar de que ha sufrido$\Delta E$.

Entonces S es constante, ya que la multiplicidad no cambia.

Sin embargo, una expansión libre creará nueva entropía.