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Equazione di stato. Trasformazioni quasistatiche. Trasformazioni reversibili e irreversibili

L'equazione di stato di un sistema termodinamico è una relazione funzionale delle variabili di stato relative al sistema medesimo. Nel caso particolare di un sistema caretterizzato da pressione, volume e temperatura, si ha l'equazione di stato

ove si assume nota la funzione f. Tale equazione definisce implicitamente una superficie nello spazio degli stati (P,V,T) come mostrato in fig. 1.

Definizione
Dicesi trasformazione termodinamica un qualunque cambiamento di stato di un sistema termodinamico.

In simboli:

Se lo stato iniziale è di equilibrio, la trasformazione è generata da un cambiamento delle condizioni esterne (si pensi ad un gas contenuto in un cilindro chiuso da un pistone libero di muoversi). Se la condizione esterna cambia lentamente, la trasformazione esterna sarà altrettanto lenta, per cui è lecito approssimarla ad una successione di stati che con buona approssimazione possono essere considerati di equilibrio. Una tale trasformazione è detta trasformazione quasistatica.

Definizione
Una trasformazione si dice reversibile se invertendo l'ordine cronologico del cambiamento della condizione esterna, la trasformazione ripercorre a ritroso nel tempo gli stati che avevano portato il sistema dallo stato iniziale allo stato finale. Nel caso contrario, la trasformazione si dice irreversibile.

Una trasformazione reversibile è necessariamente quasistatica, ma non è sempre vero il viceversa. Ad esempio, l'azione di un freno che si oppone alla rotazione di una ruota attorno al proprio asse, pur avvenendo con sufficiente lentezza, è una trasformazione quasistatica irreversibile. Dunque, la reversibilità è condizione sufficiente ma non necessaria per la quasistaticità: