热力学的可逆和不可逆过程

热力学的可逆和不可逆过程

热力学系统的状态随时间的变化叫作热力学过程，简称过程。每一时刻系统都处于平衡态的过程叫准静态过程或准平衡过程。如果一个过程既可正向进行，也可逆向进行，而且在逆过程时系统经过的全部状态与正过程所经历的状态相同只是次序相反，并在每一步上消除了正过程在外界产生的影响，则原过程称为可逆过程。若无论用什么办法都不能消除正过程在外界产生的影响，则原过程称为不可逆过程。事实上，没有摩擦阻力和其他损失的准静态过程一定是可逆的过程。如气缸中的理想气体在活塞作用下完成准静态的等温膨胀过程，过程中气体对外界做功和同时从恒温热源吸取热量分别为W和Q；达到终态后，若让活塞缓慢地反向运动，完成准静态的等温压缩过程，则过程将一步步地沿原过程经历的状态进行，只是方向相反，而且在每一步上外界对系统做功和系统向恒温热源放出热量的数值，恰好分别等于正过程时系统所做的功和从热源吸收的热量，并消除了原过程在外界产生的一切影响。从而说明，无摩擦和其他损失的准静态过程是可逆过程。不可逆过程的例子有向真空的自由膨胀过程（即气体起初只占据容器的一部分，然后充满其余原为真空的部分）；温度不同的两物体，通过热接触达到热平衡的过程。因为这些过程都不能在不引起外界影响的情况下而恢复原状。严格地讲，一切由大量粒子组成的系统中发生的宏观过程都是不可逆的，因为在机械运动中总伴随着摩擦损失；热传递过程中热量总是从较热的部分传到较冷的部分。这些过程中总的能量仍是守恒的，并不违反热力学第一定律。因此，必然存在另外一些基本规律，它们将对实际过程可进行的方向作出限定。这就是热力学第二定律，以及在此基础上引进的态函数熵。