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热力学第二定律是关于实际不可逆过程进行方向的高度概括

来源:晨网初中物理  作者:佚名  时间:2016-12-29  浏览:次  星级:  下载权限:点券[点击下载]

  自然界的变化过程都是不可逆的。所谓不可逆,指的是那些自发进行的变化,不可能自发地回到原来的状态,而对外界不发生任何影响。在物理学上对可逆与不可逆过程的定义是:一个系统由某一状态出发,经过某一过程达到另一状态,如果存在另一过程,它能使系统和外界完全复原(系统回到原来状态,同时消除了系统对外界的一切影响),则原来的过程称为可逆过程;反之,如果用任何方法都不可能使系统和外界完全复原,则原来的过程称为不可逆过程。河水能从高处流向低处,这就是不可逆过程,因为水不可能自发地再从低处回到高处。这里“自发地”三个字很重要,因为我们完全可以用抽水机把水从低处抽到高处,即需要外界对水做功,于是外界发生了变化,产生了影响,这种影响是不可能消除的。这样的例子可以举出很多很多:煤炭燃烧可以放出热量,而反过来则不可能把放出的热量完全收回再变国煤炭;生命的孕育、生长、衰老、死亡,都不可能逆向进行……

  可逆过程是否存在呢?应该说它只在理论上存在,只有理想的无耗散的准静态过程才是可逆的。这里的条件是①无耗散的过程,②准静态过程。

  滑动摩擦力做功是典型的耗散过程,它要消耗机械能而生热,生成的热不可能全部再转化为机械功。其他能量转化为热的过程也是耗散过程,如电流通过电阻生热等。扩散过程也是典型的耗散过程,两种气体放到一个容器内,总会均匀地混合起来,但不会再自发地分离。

  准静态过程是指那种充分缓慢的变化过程,过程中的每一个状态都是热平衡态,而从一个平衡态变为另一个平衡态所需的时间都比想象时间长得多。凡中间态是不平衡态的过程都是非准静态过程,例如气体自由膨胀过程中各处的压强不均匀,是力学不平衡;从高温到低温的热传导过程中各处温度不均匀,是热学不平衡;断开电源而发生自感现象的过程中,各处的电场、磁场不均匀,是电学不平衡;燃料燃烧过程中化学势不均匀,是化学不平衡,等等,这些都是非准静态过程。各种生命现象则更是远离平衡态的复杂过程。一切非准静态过程都是不可逆过程。

  无耗散的准静态过程,是一种纯理想的过程,实际过程都不可足这样的条件,因此实际过程都是不可逆过程。真正的可逆过程虽然在实际中并不存在,但在热力学的理论研究中却意义重大,在前一个专题“热量”中提到的卡诺循环就是可逆循环。

  既然实际过程都是不可逆过程,这些不可逆过程向哪个方向进行呢?热力学第二定律正是关于实际不可逆过程进行方向的高度概括。下面我们将说明:一切不可逆过程都是向着熵增加的方向进行,也就是向着能的“贬值”的方向进行。

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