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物理学中的可逆与不可逆过程分析

时间:2023-11-05 理论教育 版权反馈
【摘要】:可逆过程和不可逆过程的定义如下:一个系统,由某一状态出发,经历某一过程达到另一状态,如果存在另一过程,它能使系统和外界完全复原(系统回到原来状态并消除了原来过程对外界的一切影响),则原来的过程称为可逆过程;反之,如果用任何方法都不能使系统和外界完全复原,则称为不可逆过程.根据上面关于热力学第二定律的克劳修斯说法已经知道,高温物体能自动地把热量传递给低温物体,而低温物体不可能自动地把热量传递给高温物

物理学中的可逆与不可逆过程分析

可逆过程和不可逆过程的定义如下:一个系统,由某一状态出发,经历某一过程达到另一状态,如果存在另一过程,它能使系统和外界完全复原(系统回到原来状态并消除了原来过程对外界的一切影响),则原来的过程称为可逆过程;反之,如果用任何方法都不能使系统和外界完全复原,则称为不可逆过程.

根据上面关于热力学第二定律的克劳修斯说法已经知道,高温物体能自动地把热量传递给低温物体,而低温物体不可能自动地把热量传递给高温物体.如果把热量由高温物体传递给低温物体作为正过程,而把热量由低温物体传递给高温物体作为逆过程,很显然,逆过程是不能自动地进行的.也就是说,如要把热量由低温物体传递给高温物体,非要由外界对它做功不可,而由于外界做功的结果,外界的环境就要发生变化.所以,在外界环境不发生变化的情况下,热量的传递过程是不可逆的.

事实上,热与功之间的转换也具有不可逆性.例如摩擦做功可以把功全部转化为热量,而热量却不能在不引起其他变化的情况下全部转化为功.如果把功转为热作为正过程,热转化为功作为逆过程,那么在不引起其他变化的情况下,热功之间的转换也是不可逆的.(www.xing528.com)

仔细考察自然界的各种不可逆过程可以看出,它们都包含下列基本特点中的某一个或者几个:耗散不可逆因素、力学不可逆因素(例如对于一般的系统,系统内部的压强差不是无限小)、热学不可逆因素(系统内部的温度差不是无限小)、化学不可逆因素(对于任一化学组成,在系统内部之间的差异不是无限小).

由上述因素造成的过程,都是我们无法控制的不可逆过程,要使系统所经历的过程可逆,就必须消除上述引起不可逆性的因素,这就要求系统所经历的过程不仅是无摩擦的,而且还必须是准静态过程.由此可见,可逆过程的实现条件是无摩擦的准静态过程.可逆过程只是一种理想过程.虽然如此,在热学问题中,我们常把一些接近可逆过程的实际过程看作可逆过程.例如,假想气缸内的气体在活塞无限缓慢地移动时经历准静态膨胀过程,它的每一个中间态都是无限接近平衡态的.考虑气缸与活塞间是没有摩擦的理想情况,当活塞无限缓慢地压缩气体,使系统在逆过程中以相反的顺序重复正过程的每一个中间态,使系统完全复原,对外界也不留下任何影响,这样的准静态膨胀过程一定是可逆过程.再如,单摆做无阻力的来回往复运动,从任一位置出发后,经一个周期又回到原来的位置,且对外界没有产生任何影响,因此单摆的无阻力摆动是可逆过程.因为在准静态的正过程与逆过程中,对于每一个微小的中间过程,系统与外界交换的热量和做的功都正好相反,当通过准静态的逆过程使系统的末态返回初态时,正过程中给外界留下的痕迹在逆过程中正好被一一消除,使外界也完全恢复了原状.

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