余高奇博客分享 http://blog.sciencenet.cn/u/yugaoqi666 经典热力学也称平衡态热力学,研究系统由一个热力学平衡态变化至另一个热力学平衡态的准静态过程的自发性;该过程δQ≡T·dS;δWv≡-p·dV

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热力学平衡、可逆过程及准静态过程

已有 3063 次阅读 2022-1-24 15:31 |系统分类:教学心得

       热力学研究系统通常指封闭系统,将封闭系统与其环境构成一新的隔离系统,

则:dSIso=dSClo+dSSur    (1)

       式(1)中dSClo代表封闭系统熵变,dSSur代封闭系统的环境熵变,dSIso代表隔离系统熵变。

       本文拟结合隔离系统的熵变计算,进一步剖析热力学平衡、可逆过程及准静态过程三名词。

  1. 可逆过程与热力学平衡

    1.1 可逆过程

       过程A→B的热量为Q1,功为W1;假定其逆过程B→A的热量为Q2,功为W2;当两个过程连续发生

后,热力学系统与环境均复原,即:Q=Q1+Q2=0,W=W1+W2=0;则称初始过程“A→B”为可逆过程。

       处于可逆过程的封闭系统,本质为一状态点. 只有状态点,才能严格满足可逆过程的定义[1]

    1.2 热力学平衡

       热力学平衡专指隔离系统熵变为0时,封闭系统内发生的过程;当封闭系统过程建立热力学平衡时,封闭系统所处的状态不再变化。

       处于热力学平衡或可逆过程时,封闭系统均为一状态点,两者是同一事物的两种不同称谓。

       设封闭系统始态(p1, V1, T1),环境压强为pe, 环境温度为T2

       对于封闭系统某热力学元熵过程:dSClo Q/T1          (2)

       dSSur=[-δQW'+(p-pe)▪dV]/T2    (3)

       将式(2)、(3)分别代入式(1)可得:

       dSIso=[δQ▪(T2-T1)-T1▪δW's+T1▪(p-pe)▪dV]/(T1T2)    (4)

       热力学中dSIso为0,特指式(4)中δQ▪(T2-T1)、T1▪δW'sT1▪(p-pe)▪dV分别为0。

       对于热力学元熵过程δQ=T▪dS,此时dSIso为0,必须分别满足以下四种条件组合[2]

      ①dT=0, dp=0, δW'=dG=0;(恒温、恒压条件下,ΔG为0).

      ②dT=0, dV=0, δW'=dA=0;(恒温、恒容条件下,ΔA为0).

      ③dS=0, dp=0, δW'=dH=0;(绝热、恒压条件下,ΔH为0)

      ④dS=0, dV=0, δW'=dU=0.   (绝热、恒容条件下,ΔU为0)

  2. 准静态过程

       准静态过程[3]是指过程任一瞬间,系统均无限小偏离平衡,并且随时可恢复平衡的过程;准静态过程必须无限缓慢,连续且无突变;准静态过程与环境无关,改变环境压强,准静态过程的热量、体势变及熵变等均不变。

      准静态过程:δQ=T▪dS,δWV=-p▪dV

      平衡态热力学规定所有的热力学元熵过程均为准静态过程,准静态过程通常分为自发过程、非自发过程及可逆过程(热力学平衡)三种不同类型。

      准静态过程是理想化热力学过程,其计算结果(热量、体势变及熵变等)并不等同于客观事实。

  3. 结论

      热力学平衡或可逆过程对应的封闭系统均为状态点,两者是同一事物的两种不同称谓。

参考文献

[1]余高奇. 热力学平衡态、可逆过程及化学平衡.http://blog.sciencenet.cn/u/yugaoqi666.科学网博客, 2021,7

[2]余高奇. 热力学第二定律研究.http://blog.sciencenet.cn/u/yugaoqi666.科学网博客, 2021,8.

[3]余高奇. “准静态过程”假说的自恰性探讨.  http://blog.sciencenet.cn/u/yugaoqi666.科学网博客, 2022,1.




https://blog.sciencenet.cn/blog-3474471-1322444.html

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