§18-4  热力学第二定律

         一、可逆过程和不可逆过程

图18-14

         系统若由状态1出发经过某一过程到达状态2,当系统再由状态2返回状态1时,原过程对外界产生的一切影响也同时消除,则由状态1到状态2的过程,就称为可逆过程,否则就是不可逆过程。

         例如,一个理想气体系统由状态1(V1 , p1 , T )出发,按准静态等温膨胀过程到达状态2(V2 , p2 ,T ),如图18-14中1®2的曲线所示。假如在此过程中,不存在诸如摩擦力、粘性力等引起耗散效应的因素,那么过程1®2就是可逆过程。在此过程中,系统从外界吸取的热量QT全部用于对外界作功A,它们数值相等,并为

                       .

若系统由状态2返回状态1,经历了与过程1®2相同的中间状态,即过程2®1,那么过程2®1一定是准静态等温压缩过程。在过程2®1中,外界对系统作功A¢,全部转变为系统向外界释放的热量 ,数值为

                      .        

所以

                        .

这表示,当系统由状态2返回状态1时,在原过程1®2中,系统从外界吸取的热量,又释放给了外界,系统对外界所作的功,外界又以等量的功归还给了系统。系统和外界都恢复了原状,因此,过程1®2是可逆过程。

         应该指出,可逆过程只要求在系统又回到初态时,原过程对外界产生的一切影响也同时消除,但并不要求必须沿原过程的相同路径反向返回。

    由上面的讨论可见,可逆过程必须是准静态过程,而且还必须是无耗散效应的过程。

         大家曾经说过准静态过程是一种进行得无限缓慢的过程,以致过程所经历的每一个中间状态都接近于平衡态。可见,严格的准静态过程是不存在的,它只是一种理想状况。另外,无耗散效应的过程实际上也是不存在的。例如,当活塞移动时,必须克服汽缸壁对活塞的摩擦力而作功,这部分功将以热能的形式散发到周围的空气中。所以,无耗散效应的过程也只是一种理想状况。由此大家得到,严格的可逆过程实际上是不存在的。自然界中发生的一切与热现象有关的过程都是不可逆过程, 热力学第二定律正是这种不可逆性的反映。

       
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