3. Значение равновесных (обратимых) процессов
Равновесный (обратимый) процесс является абстракцией и в чистом виде на практике из-за существования трения и теплообмена не встречается. Из этого, однако, не следует, что равновесные процессы не представляют интереса для изучения. Теоретическое исследование равновесных процессов термодинамическим методом позволило получить ряд законов, которые дают возможность предсказать, как необходимо проводить процессы в реальных системах, чтобы получить наилучшие результаты.
Для примера рассмотрим расширение газа в цилиндре.
Работа при расширении газа выражается формулой:
где 
внешнее давление на поршень цилиндра.
Если процесс необратим, то для осуществления процесса расширения необходимо, чтобы внешнее давление было меньше давления газа в цилиндре. При необратимом сжатии, наоборот, внешнее давление газа должно быть больше внутреннего давления.
Работа при необратимом расширении газа против внешнего давления выразится:
а работа при равновесном процессе расширения газа против внешнего давления —
где 
внутреннее давление газа, которое в любом состоянии системы равно внешнему давлению. Так как при необратимом процессе расширения газа внешнее давление должно быть меньше внутреннего давления в любом состоянии системы, т. е. 
то
При необратимом процессе сжатия газа внешнее давление в любом состоянии системы должно быть больше внутреннего, и поэтому работа сжатия при необратимом процессе будет больше, чем работа сжатия при обратимом процессе.
Если процесс расширения газа в реальных условиях проводить медленно, то работа при этом процессе будет стремиться к значению работы при равновесном процессе. Как будет показано ниже, найденный теоретически коэффициент полезного действия тепловой машины, совершающей обратимый цикл, будет максимальным. Это теоретическое условие дает возможность сделать все необходимое, чтобы при конструировании реальных тепловых двигателей приблизить их к тепловой машине, совершающей обратимый цикл. Поэтому изучение равновесных процессов и процессов, близких к равновесным, составляет основное содержание термодинамического исследования.
Второе начало термодинамики, как было видно выше, позволяет дать необходимый и достаточный критерий определения необратимых и равновесных (обратимых) процессов.
Мы можем дать второму закону термодинамики следующие две эквивалентные формулировки — Клаузиуса и Томсона.
