Термодинамическим процессом называется процесс изменения состояния рабочего тела, сопровождающийся изменением его параметров. Всякий процесс может осуществляться в одном из двух противоположных направлений, одно из которых назовем прямым, а другое — обратным. Каждое из этих направлений относительно другого отличается превращением и перераспределением энергии.

Допустим, что в рассмотренной термодинамической системе совершился прямой процесс, осуществление которого потребовало подвода некоторого количества теплоты AQ к рабочему телу и сопровождалось уменьшением его внутренней энергии. За счет работы расширения запас энергии механического аккумулятора увеличится на AW.

Пусть процесс совершается в обратном направлении. Очевидно, что для осуществления обратного процесса (сжатия) потребуется затратить энергию механического аккумулятора, а от рабочего тела отвести теплоту в тепловой аккумулятор. Если количество затраченной механической энергии AW равно энергии, полученной при прямом процессе, а в тепловой аккумулятор возвращается то же самое количество AQ теплоты, то процесс 1-2 обратим.

Таким образом, обратимыми называются такие процессы, при осуществлении которых в прямом и обратном направлениях все элементы термодинамической системы (рабочее тело, тепловой и механический аккумуляторы) возвращаются в начальное состояние и количество энергии каждого из них будет равно начальному ее количеству.

Если при обратном процессе возвращение какого-либо элемента системы в начальное состояние не обеспечивается, то такой процесс называется необратимым. Все действительные процессы, происходящие в природе, являются необратимыми. Причина необратимости этих процессов состоит в их неравновесности. Равновесными называются процессы, при осуществлении которых давления и температуры одинаковы по всему объему в любой момент процесса. Равенство давлений характеризует механическое равновесие рабочего тела, а равенство температур — термическое.

Равновесность процессов может быть достигнута только при бесконечно медленных процессах. Кроме того, для термического равновесия в процессах при неизменной температуре рабочего тела (в изотермических процессах) необходим тепловой аккумулятор с бесконечно большой энергией, а для процессов с изменяющейся температурой — с бесконечно большим числом тепловых аккумуляторов, имеющих бесконечно малую разницу температуры.

При осуществлении процесса в этих условиях давление и температура выравниваются по всему объему, а в изотермических процессах температура рабочего тела остается практически неизменной.