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准静态过程假说[1]是笔者在平衡态热力学基础上形成的一种热力学理论假说. 为了让热力学爱好者了解该理论,本文拟给出准静态过程假说的结构图,并介绍相关概念.
1. 准静态过程假说结构图
准静态过程假说结构图参见图1.
图1. 准静态过程假说结构图
2. 相关概念
2.1 准静态过程
经典热力学也称平衡态热力学. 准静态过程假说规定平衡态热力学中所有热力学过程均为准静态过程,准静态过程要求在过程的任意瞬间系统均无限小的偏离平衡,并随时可恢复平衡;客观要求准静态过程必须连续、无间断且无限缓慢;准静态过程是一种理想化过程,与环境无关.
2.1.1 元熵过程
准静态过程可分为元熵过程与复熵过程两种类型[2].
元熵过程,是指过程任意瞬间,熵变等于其热量除以温度,即dS=δQ/T.
对于恒温元熵过程,则:ΔS=Q/T, 表明恒温元熵过程的熵变即为其热温商.
元熵过程通常包括:理想气体pVT变化中的恒温、恒压、恒容或绝热过程;恒温恒压及环境不提供有效功的前提下发生的化学反应或相变;恒温恒容及环境不提供有效功的前提下发生的化学反应或相变等.
因元熵过程最接近于功热本质,如果不特别强调,热力学研究过程均规定为元熵过程.
2.1.2 复熵过程
复熵过程是准静态过程的另一种类型,由若干个元熵过程组成. 其熵变可表示为:dS=Σ(dSi)=Σ(δQi/Ti).
复熵过程包括①理想气体由(p1,V1,T1)变化至(p2,V2,T2);②常压下大量0℃的冰与25℃,1摩尔水混合等.
2.1.1.1自发过程、可逆过程及非自发过程
元熵过程包括自发过程、可逆过程(平衡)及非自发过程三种类型.
恒温恒压(恒温恒容、绝热恒压或绝热恒容)及环境不提供有效功的前提下,封闭系统中吉布斯自由能变ΔG(赫姆霍兹自由能变ΔA, 焓变ΔH或热力学能变ΔU)小于0的热力学过程称自发过程[3,4];吉布斯自由能变ΔG(赫姆霍兹自由能变ΔA, 焓变ΔH或热力学能变ΔU)大于0的热力学过程称非自发过程;吉布斯自由能变ΔG(赫姆霍兹自由能变ΔA, 焓变ΔH或热力学能变ΔU)等于0的热力学过程称可逆过程或平衡.
可逆过程的热力学判据决定了可逆过程只可能是平衡.
准静态过程假说规定所有的热力学过程均为理想化的准静态过程,热力学计算为虚拟计算[5]. 化学反应或相变建立平衡时,尽管其焓变与熵变值均不为0,并不代表有真实的热力学过程(化学反应或相变)发生.
3. 结论
(1)平衡态热力学中所有的热力学过程均为准静态过程;
(2)依可逆过程的热力学判据得可逆过程即为“平衡”;
(3)平衡时化学反应或相变的焓变与熵变值均不为0,并不代表有真实的热力学过程(化学反应或相变)发生.
参考文献
[1]余高奇. “准静态过程”假说与经典热力学主要热力学性质对比. https://blog.scencenet.cn/blog-3474471-1323742.html. 科学网博客,2022-2-2
[2]余高奇. 热力学第一定律研究. https://blog.scencenet.cn/blog-3474471-1300220.html. 科学网博客,2022-8-17.
[3]余高奇. 热力学第二定律研究. https://blog.scencenet.cn/blog-3474471-1300384.html. 科学网博客,2022-8-18.
[4]余高奇. 自发过程热力学定义.https://blog.scencenet.cn/blog-3474471-1335315.html. 科学网博客,2022-4-23.
[5]余高奇. 热力学数据源探究.https://blog.scencenet.cn/blog-3474471-1299619.html. 科学网博客,2021-8-13.
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