可逆过程与不可逆过程
2014-07-28 10:48阅读:
br>
在恒温条件下,理想气体经无限多次膨胀体积由V1变到V2后,再经无限多次压缩体积又由V2变回到V1时,体系和环境都没有发生任何永久性变化(即体系和环境都没有功和热的得失或者说体系与环境没有功和热的交换),体系和环境都完全恢复为原来的状态。
热力学将能够通过同一方法、手段令过程反方向进行而使体系和环境都完全回复到原来状态的过程称为可逆过程。
可逆过程具有以下三个特点:
①
动力和阻力相差无限小量。如dp、dV、dT。理想气体等温可逆膨胀时,体系对环境作最大功;等温可逆压缩时,环境消耗最小功。
②
在特定条件下,体系由始态可逆变化至终态,再由终态可逆回复到始态时,体系和环境都完全回复到各自的原来状态。
③
过程进行中的任意瞬间,体系内部无限接近平衡态,体系与环境之间也无限接近平衡。
注意:可逆过程是一个理想过程,在自然界中并不存在,但热力学中的可逆过程具有很重要的理论和现实意义。在同一特定条件下,可逆过程的效率最高,因此可以将其作为改善、提高实际过程效率的目标;热力学中许多状态函数变化值的求取,只有通过设计可逆过程才能具体计算;某些实际过程可以近似视为可逆过程,如:在无限接近相平衡条件下进行的相变化,液体在其沸点下的蒸发、固体在其熔点下的熔化等等均可近似视为可逆过程。
在自然界中发生的一切过程严格讲都不是可逆过程,而是不可逆过程。什么是不可逆过程?以恒温下一次膨胀与一次压缩为例。由图2可以看出,当体系从V1一次膨胀到V2时,环境得到的功为abV2V1矩形面积;当体系从V2一次压缩到V1时,环境消耗的功为hfV1V2矩形面积。体系回到起始状态后,环境损失了abhf矩形面积的功。体系经历某一过程后,再令其回复到起始状态时,在环境中一定会留下痕迹(比如:功的损失)的过程称为不可逆过程。不可逆过程具有以下三个特点:
①
动力和阻力相差有限值。如△p、△V、△T。
②
过程进行中体系统总是处于不平衡态。在特定条件下,体系由始态可逆变化至终态,再由终态可逆回复到始态时,体系和环境都完全回复到各自的原来状态。
③
理想气体等温不可逆膨胀时,体系对环境作功小:
;等温不可逆压缩时,环境消耗功大: 。
某一过程的不可逆程度可由环境损失的功的多少来衡量。环境损失的功越多,体系进行该过程的不可逆程度越大。
若一个过程是可逆过程,则该过程的每一步都是可逆的;若过程中的某一步不可逆,则该过程不可逆。
若体系经历某一不可逆过程后回到始态,则环境没有回到始态;若环境回到始态,则体系不能回到始态。
无摩擦的准静态过程是可逆过程。理想气体的自由膨胀过程是不可逆过程。