可逆过程

✍ dations ◷ 2025-06-29 03:01:06 #热力学过程

在热力学中,可逆过程是指系统的某些属性能够在无能量损失或耗散的情形下通过无穷小的变化实现反转的热力学过程。如果这一过程是一个热力学循环,则这种循环称为可逆循环。由于这些变化都是无穷小的,热力学系统在整个过程中都处于平衡态。由于在理论上这种过程所需时间为无穷大,完全理论意义上的可逆过程在实际中是不可能实现的。不过,如果系统对所发生变化的反应速度远远大于变化本身,过程中微小的不可逆性则可以忽略,因而理论上经常把无摩擦的准静态过程看作可逆过程。在可逆循环中,系统和其外界环境在每一次循环结束时都保持完全相同的状态。

可逆过程的另一种定义是,过程发生后能够被复原并对系统本身或外界不产生任何影响的过程称作可逆过程。在热力学的语义中,一个过程“发生”是指这个热力学系统从初始状态发生变化直到终止状态过程结束。

值得注意的是,物理过程可逆,是指在时间反演变换操作下物理定律形式保持不变。

当一个过程不可反转时,它被称作不可逆过程。在不可逆过程中发生的变化是有限的,因而系统在过程中并不处于平衡态。而在一个不可逆循环中,虽然系统在相同的点上都处于相同的状态,但每经一次循环都对外界环境产生了永久性的改变,这种改变是无法通过过程反转手段来恢复的。

当可逆过程改变系统状态时,系统与外界的熵的总量改变为零;与之对应的是,系统经不可逆过程改变状态后熵总是增加的,这是热力学第二定律的体现。进一步地,可逆过程这一概念划定了热力学与工程上热机效率的上限:由于可逆过程是系统无热量“浪费”的过程,基于由可逆过程构成的可逆循环的热机效率是所有热机可能达到的最高效率(参见卡诺循环),实际热机由于摩擦等因素只能进行不可逆的循环,任何热机都无法达到可逆循环热机的效率。

有些严格的场合需要区别可逆过程和准静态过程(在某些不太严格的场合两者属于同义语):可逆过程总是准静态的,但反过来不一定成立。例如,在一个器壁存在摩擦的圆柱体容器中,对圆柱体和活塞之间的气体进行无穷小的压缩,这一过程是准静态的但不是可逆的。虽然这个系统只是从平衡态发生了一个无穷小的改变,因摩擦产生的热量损耗是不可逆的,仅仅把活塞向相反方向移动无穷小的距离也无法将这些热量还原,由此可知存在能量耗散的准静态过程不是可逆过程。

教科书中常提到的可逆过程——可逆绝热过程是等熵过程的一个例子,当封闭系统与外界没有任何热交换,并在无耗散的情况下自由膨胀或压缩时,这一过程就是一个可逆绝热过程。

历史上,“特斯拉原理”(Tesla principle)一词曾被尼古拉·特斯拉用于描述某些特定的可逆过程,但这个词语后来没有再被延续使用。这个原理是说某些系统的热力学过程可以被反转。特斯拉在研究强度和方向都随周期变化的交变电流时建立发展了这个原理。在特斯拉涡轮泵的演示中,随着圆盘自转固定在轴上的机械在发动机的推动下开始工作。而当涡轮泵的工作方向被反转时,圆盘的行为相当于一个泵。

相关

  • 悬浮固体悬浮固体(英语:Suspended solids、SS;日语:浮游物质)指的是悬浮在水中的固态粒子,可能是以胶体方式存在,也可以是因为水流速度而悬浮在水中。悬浮固体是用来判断水液品质(英语:water
  • 精神决定论精神决定论(Psychical determinism)认为人的行为变化除环境与生理因素外,某些心理因素才是具有决定性的影响。此心理因素为泛指个人的知觉、意识、潜意识、习惯与信仰等,在这
  • 三氯乙醛三氯乙醛,结构式CCl3CHO。无色易挥发有刺激性气味油状液体。溶于水、乙醇、乙醚、氯仿,遇水反应生成水合三氯乙醛。有腐蚀性、麻醉性,与皮肤接触时会引起灼伤,眼部接触可致散瞳,
  • 徐贤修徐贤修(英语:Shien-Siu Shu,1912年9月12日-2001年11月17日),中华民国数学家、教育家。中央研究院院士、前国立清华大学(新竹市)校长、前行政院国家科学委员会主任委员。其子徐遐生是
  • 莱桑池蛙莱桑池蛙(学名:Pelophylax lessonae),简称池蛙或池塘蛙,是欧洲的一种青蛙。它们是英国生物多样性行动计划中保护的三个两栖类物种之一。它们数量减少的原因是因池塘的减少及空气
  • 改琦改琦(1773年-1828年),字伯蕴,号香伯,一号七芗,又号玉壶外史,江苏华亭(今上海市松江区)人,祖籍北京宛平,是清代中期的画家。先世为西域人,祖父改光宗曾任寿春镇总兵。改琦多才多艺,尤善绘画
  • 洪秀全洪秀全(1814年1月1日-1864年6月1日),又名洪日,客家人,是清末宗教组织拜上帝会创始人、太平天国运动的民变领袖以及太平天国的建立者。原名洪仁坤,小名火秀,广东花县(今广州市花都区)人
  • 克莱姆森克莱门森大学(英语:Clemson University)是位于美国南卡罗来纳州克莱门森的一所男女合校的公立大学。 《2018 US News and World Report》将克莱门森大学列为所有美国公立大学中
  • 格兰特墓格兰特将军国家纪念堂,又称格兰特陵园、格兰特墓,是第18任美国总统尤利西斯·辛普森·格兰特(1822-1885)及其妻子朱莉娅·格兰特(英语:Julia Grant)(1826-1902)的长眠之地。该陵园于1
  • 口头文学口头文学是口口相传的文学作品,是民间文学的主要流传方式,其内容可以包括诗歌、故事等。在民间口头文学中,打油诗、黄色故事和鬼故事是数量最多的三类。例如,中国四大民间传说等