Изменение состояния рабочего тела, при котором параметры состояния (все или некоторые) изменяются, а масса рабочего тела, совершающего процесс, остается неизменной, называется термодинамическим процессом.

В теплотехнике наибольший интерес представляют процессы, которые протекают в тепловых машинах. Однако термодинамическое исследование таких процессов затруднено из-за ряда явлений, сопровождающих их протекание (образования вихрей в рабочем теле, вызываемых большими скоростями, теплового излучения в атмосферу, трения и др.). Поэтому в термодинамике рассматриваются упрощенные, идеализированные процессы, которые могут быть теоретически исследованы.

Характерной чертой таких упрощенных процессов является их обратимость. Обратимыми называются процессы, после совершения которых в прямом и обратном направлениях, вся система тел, принимавших участие в процессе, возвращается в свое первоначальное состояние.

В обратимом термодинамическом процессе линии прямого и обратного процессов сливаются. При этом работа в прямом и обратном направлениях определяется одной и той же площадью, т.е. она будет одинаковой по абсолютному значению, отличаясь только знаком. Равенство абсолютных значений работ означает и равенство абсолютных значений подводимой и отводимой теплоты.

Все обратимые процессы – равновесны. Выясним, что же понимают под равновесным процессом. Допустим, что в цилиндре сжимается рабочее тело и одновременно подводится теплота. В реальных условиях повышение температуры происходит не одновременно по всей массе рабочего тела, а постепенно от нагревающей поверхности внутрь. Кроме того, слои расположенные у поршня, сжаты больше, и выравнивание давления происходит постепенно от поршня к крышке цилиндра.

Таким образом, в реальных тепловых машинах температура и давление не одинаковы по всей массе рабочего тела. Такое состояние называется неравновесным, а процессы, в которых рабочее тело проходит через неравновесные состояния – неравновесными.

Но, если в пространстве, занимаемом телом, температура и давление не одинаковы, то невозможно изобразить такое состояние точкой, а процесс линией. Поэтому для исследования неравновесных процессов нельзя использовать способ графического изображения и применять уравнения состояния. Чтобы упростить расчеты и исследование, в термодинамику введено понятие обратимых и равновесных процессов, которые позволяют получить результаты с достаточной для практики степенью точности.