不可逆与可逆过程-物理化学

2023-11-23 理论教育版权反馈

【摘要】：反之，水决不会自动地从低水位向高水位流动，除非借助消耗外功的水泵才行，这表明此过程是不可逆的。反之，热量决不会自动地从低温热源传递到高温热源。除非借助于制冷机的外加功才行，显然，这个过程也是不可逆的。当压力差Δp=0时，系统达到平衡状态。表2—1列出了一些常见的自发过程的推动力。

1.自发过程及其不可逆性

在自然界中，凡是无需任何外力的参与就可以自动发生的过程，称为自发过程（Spontaneous Process）。许多朝一定方向顺其自然就能自动进行的过程即为自发过程。例如：

（1）水总是自动地从高处向低处流动

水往低处流，这是自发过程。天然瀑布是水自动从高处向低处流动产生的自然景观，产生这个自发过程的推动力是水位差这个物理量。利用水位落差可以推动水轮机发电，即自发过程具有对外做功的能力。当水位差Δh =0时，系统达到极限的平衡状态。反之，水决不会自动地从低水位向高水位流动，除非借助消耗外功的水泵才行，这表明此过程是不可逆的。

（2）热量总是自动地从高温物体传递到低温物体

当在两个热源之间放上一个导热棒时，热量总是在温度差ΔT这个推动力作用下自动地从高温热源流向低温热源，一直到二者的温差ΔT=0时，系统达到平衡状态。热量的流动借助热机（如气轮机）而具有对外做功的能力。反之，热量决不会自动地从低温热源传递到高温热源。除非借助于制冷机的外加功才行，显然，这个过程也是不可逆的。（3）气体总是自动地从高压态流向低压态

气体在压力差Δp这个推动力的作用下总是自动地从高压状态流向低压状态，并且通过适当的装置（如风车）而具有对外做功的能力。当压力差Δp=0时，系统达到平衡状态。反之，气体决不会自动地从低压态流向高压态，除非借助于压缩机（或气泵）的外加功才可能发生，由于消耗了外功该过程亦为不可逆过程。(www.chuimin.cn)

综上所述，自发过程的共同特征是：a.自发过程都是单方向进行并有其极限状态；b.自发过程不能自动地逆向进行，即自发过程都是不可逆的，一去不复返；c.自发过程在适当条件下具有对外做功的能力。

2.过程的方向和限度——平衡状态

以上各例以及无数次实践都表明，自然界中的任何自发过程，除了要遵循热力学第一定律外，还具有不可逆性的特征，而且都有一定的限度，即达到平衡状态。系统中发生自发过程的推动力在于系统内存在着某些物理量的差值，当过程进行到推动力消失——即这些物理量的差值等于零时，系统即达到平衡状态。

某一自发过程的发生，都有相应的推动力——某种物理量的差值相对应，所以可以用这些相应的物理量来判断过程的方向和限度。表2—1列出了一些常见的自发过程的推动力。由表可见，利用系统的某些物理量，如水位差Δh、温度差ΔT、压力差Δp和电位差ΔΦ分别判断水流、热传导、气流和电流等过程的方向和限度。这些相关的物理量很直观，但缺乏普遍性。既然一切自发过程都具有单方向而一去不复返的共同特点，那么能否找到一个更普遍的新的状态函数，用来判断所有过程的方向和限度呢？答案是肯定的。热力学第二定律将无数多的过程统一起来，找到系统内部存在的状态函数熵，利用熵函数的变化值来判断孤立系统中任意过程的方向和限度。

表2—1 几种自发过程进行的方向和限度

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不可逆与可逆过程-物理化学

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