8.10 可逆过程和不可逆过程

可逆过程名词解释
热力学中有可逆过程和非可逆过程。

两种过程都可以在时间间隔十分微小的情况下观察，即可以看作两种过程发生的时间可以忽略不计，为dt。

当一个系统可逆过程发生时，系统可以重新变回原来的状态，不产生熵。

当一个系统发生不可逆过程的时候，系统可能回到原来状态，但却必定会产生熵。

以上是概念性描述，接下来为形象举例。

假设有如下体系：一个密闭的箱子右侧的木板可以无摩擦滑动，某一时刻t箱子外的压强减少了可忽略不计的量dp，那么模板会向外滑动dl的距离，发生在dt时刻内，但在下一个dt的时间单位，箱子外的压强变回p的话，系统就会恢复原状态，整个体系的熵不增加，因为所有的量（t，p，l）都是连续的。

但假设现在箱子的模板被无数的钉子卡住了（方便起见画成有限个），箱子内外有宏观的明显的压差。

此时每拔掉一个钉子，木板仍旧会在dt时间内滑动dl的距离，但是此时，模板绝无再向左滑动的可能，其具有向右滑动的大趋势，从统计理学的角度上讲就是拔掉一颗钉子后，木板“向右滑动”的微观状态数明显多余静止或向左滑动。

这种宏观状态由微观状态数明显多的状态向微观状态数明显少的方向转变，就是热力学的不可逆过程。

因此，当外界宏观条件（温度，压力等）有着宏观上的差别时，不可逆过程往往会发生，而其具体原理，则是统计上的事了。

气体可以向真空自由膨胀但却不能自动收缩。因为气体自由膨 胀的初始状态所对应的微观态数最少，最后的均匀分布状态对 应的微观态数最多。如果没有外界影响，相反的过程，实际上 是不可能发生的。
(2) 热传导 两物体接触时，能量从高温物体传向低温物体的概率，要比 反向传递的概率大得多！因此，热量会自动地从高温物体传 向低温物体，相反的过程实际上不可能自动发生。
(有摩擦时) 不可逆
x
• 功向热转化的过
程是不可逆的。
• 一切自发过程都
是单方向进行的
不可逆过程。
• 热量从高温自动 传向低温物体的 过程是不可逆的
墨水在水中的扩散 （（有真气空体））可不逆可逆
• 自由膨胀的过程是不可逆的。
一切与热现象有关的过程都是不可逆过程，一切实际过程
都是不可逆过程。
过程不可逆的因素 不平衡和耗散等因素的存在，是导致过程不可逆的原因。
可逆过程
若系统经历了一个过程，而过程的每一步都 可沿相反的方向进行，同时不引起外界的任 何变化，那么这个过程就称为可逆过程。
不可逆过程 如对于某一过程，用任何方法都不能使系统和 外界恢复到原来状态，该过程就是不可逆过程
自发过程 自然界中不受外界影响而能够自动发生的过程。
不可逆过程的实例
力学(无摩擦时) 过程可逆
无摩擦的准静态过程是可逆过程（是理想过程）
热力学第二定律的实质，就是揭示了自然界的一切自发 过程都是单方向进行的不可逆过程。
§7-9 热力学第二定律的统计意义
一. 热力学第二定律的统计意义
1. 气体分子位置的分布规律
a b c
3个分子的分配方式
气体的自由膨胀
左半边 abc ab bc ac a b c 0

13.5 可逆过程与不可逆过程 13.5.1 可逆过程与不可逆过程
卡诺定理
1.可逆过程 : 在系统状态变化过程中，若其逆过程 能重复正过程的每一状态, 而不引起其他变化, 这 样的过程叫做可逆过程。
准静态无摩擦过程为可逆过程
2.可逆过程的条件：无摩擦的准静态过程；
3.不可逆过程：在不引起其他变化的条件下，不能 使逆过程重复正过程的每一状态，或虽能重复但必 然引起其他变化，这样的过程叫做不可逆过程。 注意：自然界一切与热现象有关的实际过程都是不 可逆过程； 4.热力学第二定律的实质：指出自然界一切与热现象 有关的实际宏观过程都是不可逆的。指出实际宏观过 程自发进行的方向。
要提高热机效率：向可逆卡诺正循环逼近！
结论：一切循环中：
a.可逆卡诺正循环效率最高； b.可逆卡诺逆循环致冷系数最大；
结论：珍惜时间，爱护生命！充实自我，天天向上！
13.5.2
卡诺定理
1.在相同高、低温热源间工作的任意工质的可逆机
都具有相同的效率；
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2.工作在相同高、低温热源间的一切不可逆机的效
率都不可能大于可逆机的效率；
以卡诺机为例：
Q1 Q2 T1 T2 Q1 T1
卡诺定理的意义：为提高热机效率指明了方向；

第八章热力学第二定律一选择题1. 下列说法中，哪些是正确的？( )（1）可逆过程一定是平衡过程；（2）平衡过程一定是可逆的；（3）不可逆过程一定是非平衡过程；（4）非平衡过程一定是不可逆的。

A. (1)、(4)B. (2)、(3)C. (1)、(3)D. (1)、(2)、(3)、(4)解：答案选A。

2. 关于可逆过程和不可逆过程的判断，正确的是( )(1) 可逆热力学过程一定是准静态过程；(2) 准静态过程一定是可逆过程；(3) 不可逆过程就是不能向相反方向进行的过程；(4) 凡是有摩擦的过程一定是不可逆的。

A. (1)、(2) 、(3)B. (1)、(2)、(4)C. (1)、(4)D. (2)、(4)解：答案选C。

3. 根据热力学第二定律，下列哪种说法是正确的？( )A．功可以全部转换为热，但热不能全部转换为功；B．热可以从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体；C．气体能够自由膨胀，但不能自动收缩；D．有规则运动的能量能够变成无规则运动的能量，但无规则运动的能量不能变成有规则运动的能量。

解：答案选C。

4 一绝热容器被隔板分成两半，一半是真空，另一半是理想气体，若把隔板抽出，气体将进行自由膨胀，达到平衡后：( )A. 温度不变，熵增加；B. 温度升高，熵增加；C. 温度降低，熵增加；D. 温度不变，熵不变。

解：绝热自由膨胀过程气体不做功，也无热量交换，故内能不变，所以温度不变。

因过程是不可逆的，所以熵增加。

故答案选A 。

5. 设有以下一些过程，在这些过程中使系统的熵增加的过程是( )(1) 两种不同气体在等温下互相混合；(2) 理想气体在等体下降温；(3) 液体在等温下汽化；(4) 理想气体在等温下压缩；(5) 理想气体绝热自由膨胀。

A. (1)、(2)、(3)B. (2)、(3)、(4)C. (3)、(4)、(5)D. (1)、(3)、(5) 解：答案选D 。

二 填空题1．在一个孤立系统内，一切实际过程都向着 的方向进行。