自然界一切自发过程都是不可逆过程

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一个热力学系统的状态可以向某个方向变化，也可以向该方向相反的方向变化。例如，气体可以膨胀，也可以被压缩。
　　大量实验证明，如果没有外界影响，系统能够自动发生的过程称为自发过程，自发过程只能向一个方向进行，而反方向的逆过程不可能自动地发生。例如：
　　（1）气体会自动地向真空膨胀，而不会自动地向一边收缩而使另一边变成真空。

　　（2）高处的水会自动地向低处流动，而不可能自动地从低处流向高处。

　　（3）热量会自动地从高温物体传向低温物体，而不会自动地从低温物体传向高温物体。


热量传递的方向性

　　要使上述各例的自发过程逆向进行，就必须施加外界影响，例如，使用空气压缩机使气体收缩；用水泵使水从低处流向高处；用致冷机使热量从低温处向高温处传递。在使用这些外界设备工作时，必定会消耗外界的能量，使外界发生变化，从而在外界留下痕迹。



　　可逆过程
　　在一个过程发生时，系统从某个状态1经过一系列的中间状态，最后变化到另一个状态2。

　　如果使系统进行逆向变化，由状态2经历与原过程完全一样的那些中间状态，回复到原状态1；并且在逆向变化的过程中，原过程对外界所产生的一切影响逐步地被一一消除，在外界不留丝毫痕迹，则由状态1到状态2的过程，称为可逆过程。请看图(2)。

　
图(1) 图(2)
　　不可逆过程
　　如果系统不能逆向回复到1，或当系统在回复到初状态1的逆向过程中，引起外界的变化，在外界留下了痕迹，使外界不能回复原状，则由状态1到状态2的过程，称为不可逆过程。　　　

　　按照上述可逆过程与不可逆过程的定义，自然界一切自发过程都是不可逆过程。例如：

　　◆通过摩擦使功变热的过程是不可逆的。
　　◆如右图所示的焦耳实验中，重物可以自动下落，带动轮浆在水中转动，和水相互摩擦而使水温上升，这是机械能转变为内能的过程，或简言之，是功变热的过程。与此相反的过程，即水温自动降低产生水流，推动轮浆反向转动，带动重物上升，并且系统和外界都回复原状，这是热自动地转变为功的过程，显然是不可能自动实现的。

　　非静态过程是不可逆的。


　　
　　
　　如左图所示的气体推动活塞快速膨胀的过程具有不可逆性:
　　气体快速膨胀时，因气体每一中间状态达不到平衡态，活塞附近的气体压强小于气体内部的压强 p，气体对外界作功为

　　　

　　在气体被快速压缩回原体积时，情况相反，活塞附近的气体压强 大于气体内部的压强p，见上图(b)，外界对气体所做的功为　　　

可见 > A，所以在气体被压缩回原体积时，外界对气体多作了净功( - A)> 0，使气体内能增加。系统和外界都发生了变化。都没有恢复原来状态，所以气体快速膨胀或其他各种非静态过程是不可逆的。
　　总之，实际的热力学过程都是按一定方向进行的。或者说自然界中一切与热现象有关系的实际过程都是不可逆的。

　　

　　(1)单纯的、无机械能耗散的机械过程是可逆的
　　
　　例如：一个理想的单摆，在没有空气阻力和其他摩擦力作用时，它的摆动过程是可逆的。

　　(2)无摩擦、无耗散(漏气、散热或电磁损耗等)的准静态过程是可逆的。 　　

　　
　　　仍以气体膨胀或压缩为例，如左图所示，如果过程进行得无限缓慢，使气体在过程中的每一时刻都处于平衡态，而且没有漏气、摩擦和散热等损耗，则当过程逆向进行时，就能重复原过程的所有中间状态而恢复原状，在外界也不留下任何痕迹。即在不考虑摩擦、漏气和散热等损耗的理想情形下，准静态过程是可逆的。
　　



　　由若干个可逆过程组成的循环，叫做可逆循环。在一个循环中，如果有一个分过程是不可逆的，即使其余各分过程都是可逆的，这个循环仍是不可逆循环。
　　在本章第七节所述的卡诺循环，因每个分过程都是无摩擦、无耗散的准静态过程，所以卡诺循环是理想的可逆循环。
　　能实现可逆循环的热机和致冷机，叫做可逆热机和可逆致冷机。




　本章目录
第一节
第二节
第三节
第四节
第五节
第六节
第七节
第八节
第九节

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