可逆过程

定义

某一系统经过某一过程，由状态（1）变成状态（2）之后，如果能使系统和环境都完全复原（即系统回到原来的状态，同时消除了原来过程对环境所产生的一切影响，环境也复原），则这样的过程就称为可逆过程。

反之，如果用任何方法都不能使系统和环境完全复原，则称为不可逆过程。

也可简单理解可逆过程：某过程之后，系统恢复原状的同时，环境也恢复了原状，并且环境中无任何能量的耗散。

特点

（1）可逆过程是以无限小的变化进行的，整个过程是由一连串非常接近于平衡态的状态所构成。

（2）在反向的过程中，用同样的手续，循着原来的过程的逆过程，可以使系统和环境完全恢复到原来的状态，而无任何耗散效应。

（3）在等温可逆膨胀过程中系统对环境做最大功，在等温可逆压缩过程中环境对系统做最小功。

非准静态过程是不可逆过程

有摩擦的准静态过程是不可逆过程。自然界中与热现象有关的一切实际宏观过程，如热传导、气体的自由膨胀、扩散等都是不可逆过程。

注意：不可把不可逆过程理解为系统不能复原的过程。一个不可逆过程发生后，也可以使系统恢复原态，但当系统恢复原态后，环境必定发生某些变化！

无耗散的准静态过程是可逆过程

例如，若气缸与活塞间无摩擦，对于气体在准静态膨胀过程所经历的每一个平衡态，外界压强等于系统压强；而对于反向的准静态压缩过程所经历的每一个平衡态，外界压强也必然等于系统压强。这样，系统与外界在逆过程中的每一个状态都是原过程相应状态的重复，因而是可逆过程。实际的热力学过程既不可能完全无耗散，又不可能是严格的准静态过程，所以可逆过程实际上不存在。但是在理想情况下，可逆过程是可以发生的，如忽略轴摩擦的真空中的单摆运动，它没有能量的损耗。

还有很多接近于可逆情况的实际变化。如，液体在其沸点时的蒸发，固体在其熔点时的熔化，可逆电池在外加电动势与电池电动势近似相等情况下的充电与放电等。

其他

在一定的条件和要求下，可以把可逆过程当作实际过程的近似和简化。更重要的是，理想的可逆过程的引入及其与实际的不可逆过程的区分，是表述热力学第二定律、引入熵和熵增加原理的依据。这再一次显示了理想模型的理论威力和重要性。还应强调指出，实际过程的不可逆性是针对由大量微观粒子组成的热力学系统而言的。单个或少量粒子的力学过程都是可逆的。这表明，当研究对象由少量粒子换成大量粒子构成的群体时，物理规律的性质和特征发生了深刻的质的变化。

关系

准静态过程和可逆过程既有区别又有联系，准静态过程中，物系要随时具有力、热和化学的平衡。即处于完全平衡中，这样才能保证准静态过程的实现。而可逆过程的实现则要求过程没有任何不可逆损失。如既无非平衡损失又无耗散损失，过程就是可逆的。准静态过程没有非平衡损失，因此是实现可逆过程的前提条件，但准静态过程并不一定就是可逆过程。比如化学纯气体在喷管内做绝热稳定流动时，垂直于流动方向的各截面上气体的压力和温度均匀一致，过程中气体状态随时处于平衡，此时流动是准静态过程，不会有非平衡损失出现。但同一截面上气体的流速并不相等，中心的流速大于临近管壁处的流速。因而会有流体的宏观相对运动。由于流体的粘性作用，将使气体的宏观动能一部分转化为热能而产生粘性摩擦生热的损失。这时这个流动过程是准静态过程，而不是可逆过程。反过来说，可逆过程则一定是准静态过程[1]。

参考资料

展开

[1]武和全,刘志宏.“工程热力学及传热学”教学中关于准静态过程和可逆过程的几点思考[J].科教导刊,2015,(11):120-121..万方. [2019-07-25].

该页面最新编辑时间为 2024年4月3日