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不可逆过程

不可逆过程与可逆过程相对,是指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个状态的过程。常见不可逆过程为:不等温传递;节流过程自由膨胀混合过程。

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。 [1]

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。

一切不可逆过程都是向着增加的方向进行,也就是向着能的“贬值”的方向进行。 [1]

不可逆过程具有如下特点 [1]

(1)自然界中一切自发过程都是不可逆过程;

(2)不平衡耗散等因素的存在,是导致过程不可逆的原因,只有当过程中的每一步,系统都无限接近平衡态,而且没有摩擦等耗散因素时,过程才是可逆的;

(3)不可逆过程并不是不能在反方向进行的过程,而是当逆过程完成后,对外界的影响不能消除。

把一个吹得很硬的气球拿进房间,打开它的通气孔。气球内被压缩的高压气体就会流出来。以后全部弹子球就均匀分布在房间里。如果你要等待这些弹子球自动地再一次回到气球里,那将会白费工夫。空气的均匀分布将成为长期持久的平衡分布。

实验9-1:你能恢复冰块吗?

丢一块冰块到一杯温水里,然后等待。会发生什么现象?冰块会化掉。已化掉的冰还能聚集到一起,并且以原来的冰块的形状跳出玻璃杯吗?(你当然可以想象这样的事情,但千万别期望它真正会发生。)

是什么使我们认识到这个过程不可能反过来进行呢?让我们把这个过程拍成电影。再把电影倒过来放。如果你觉得这样放出的电影是荒唐的和异常的,这个过程就是不可逆的。

封闭系统里发生的过程都是对时间不可逆的过程。这一经验事实的结论和第二定律告诉我们的相同:在由许多组分组成的封闭系统中,有序分布后面总是一个无序分布,而不是反过来。

实验9-2:摆的摆动可逆吗?

把一个物体挂在几寸长的线上,使它作小摆动。观察摆动幅度的变化。只观察一两次摆动,可能会以为它是个可逆过程,其动能和势能之

和保持恒定。但是摆动幅度和摆的高度开始慢慢减小。最后物体静止在其最低位置。其能量在摆动过程中不断减小,在其末态能量为最小值:0。

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