可逆過程和不可逆過程

關于可逆過程和不可逆過程可逆過程和不可逆過程容積功

介紹可逆過程和不可逆過程容積功的計算方法容積功的計算容積功的計算2/10第2頁,共22頁，2024年2月25日，星期天§2—4可逆和不可逆過程一、可逆過程熱力學體系處于平衡狀態(tài)時，體系內部的壓力和溫度均勻一致，并且也等于外界的壓力和溫度。當外界的壓力或溫度變更時，體系的平衡狀態(tài)被破壞，但經(jīng)過一定時間以后，體系重新達到另一平衡狀態(tài)，在從原來的平衡狀態(tài)到新的平衡狀態(tài)的過程中，要經(jīng)過一系列的不平衡狀態(tài)，這無法用狀態(tài)參數(shù)來描述，在壓容圖上也不能用確切的點來表示，所以更不會有狀態(tài)方程式描述其參數(shù)之間的關系。第3頁,共22頁，2024年2月25日，星期天熱力學中首先假定熱力學體系處于平衡狀態(tài)，其次假定實際的變化過程是由無限接近的平衡狀態(tài)所組成的所謂平衡過程。要想達到平衡過程，必須是外界的壓力和溫度變化得很慢，這樣才能可能在任何瞬間，使外界和體系之間以及體系內部的壓力差和溫度差都是無限小；換句話說，就是外界和體系之間或體系內部隨時都處在力平衡和熱平衡狀態(tài)下所進行的變化過程，這樣的過程就叫平衡過程。

第4頁,共22頁，2024年2月25日，星期天由于平衡狀態(tài)在壓容圖上可用—個點表示，因此，平衡過程則可用一條由這些連續(xù)的點所形成的曲線表示，如圖l—2—5(a)所示。至于不平衡過程一般不能在坐標圖上表示，但有時在起始和終了兩平衡狀態(tài)之間用虛線示意，如圖1—1—5(b)所示，工程實際中，氣缸內的氣體分子運動的速度很快，以至于氣體的內部很快地達到平衡狀態(tài)，整個過程也就非常接近一個平衡過程。第5頁,共22頁，2024年2月25日，星期天如果體系完成某一熱力過程以后，有可能使體系沿著該過程的反方向進行變化，并且使參與過程的外界和體系一起都能各自按照相反的順序經(jīng)過正向過程的各個狀態(tài)，最后都能回到自己的原來狀態(tài)，而未使體系和外界發(fā)生任何變化，則該熱力過程就叫做可逆過程；否則，就叫做不可逆過程。例如圖1—2—6表示由工質、機器和熱源組成的體系，工質從熱源吸熱，并沿134567途徑進行平衡的膨脹過程。第6頁,共22頁，2024年2月25日，星期天在這一平衡的膨脹過程中，工質對活塞作了膨脹功，若是沒有摩擦損失的理想機器，則膨脹功以動能的形式全部儲存在飛輪中，此時若利用飛輪的動能來推動活塞逆行，使工質沿276543l壓縮，則壓縮工質所消耗的功，恰與膨脹時產(chǎn)生的功相等。此外，在壓縮過程中，工質同時向熱源放熱，所放的熱量也沽與膨脹時所吸收的熱量相等。由此可見，當工質恢復到原來狀態(tài)1時，機器與熱源也都恢復到原來的狀態(tài)，過程所牽涉到整個體系全部都恢復到原來的狀態(tài)而不留下任何變化，這樣的一個變化過程，就是可逆過程。第7頁,共22頁，2024年2月25日，星期天若圖l—2—6表示的體系所進行的是不平衡的膨脹過程，那么工質的作用力大于外界的反抗力，工質所做的膨脹功顯然大于飛輪所獲得的動能，利用這動能顯然不足以壓縮工質使之沿原來的路程2765431恢復到原狀態(tài)，為了使壓縮工質沿原路程恢復到起始狀態(tài)，勢必要由外界供給額外的功。此外，由于熱的不平衡，工質在吸熱時；工質的溫度隨時都低于熱源的溫度，而當逆向進行時，溫度較低的工質就不可能把先前所吸收的熱量全部交還給熱源，而是有一部分熱量必須向另一溫度更低的熱源放熱。第8頁,共22頁，2024年2月25日，星期天二、不可逆過程當工質進行了一個不平衡過程以后，必定產(chǎn)生一些不可逆復的后遺效果，而多消耗了外界所供給的功，并使之轉化成熱能，同時將高溫熱源的熱能轉移至低溫熱源，所有這些都不能使過程所牽涉的整個體系全部恢復到原來狀態(tài)。所以這樣的一個不平衡過程也是一個不可逆過程。第9頁,共22頁，2024年2月25日，星期天有摩擦存在的過程也是不可逆的。因為在正向過程氣體的膨脹功。有一部分消耗了摩擦而變?yōu)闊?，而在反向過程中，不僅不能把正向過程的由摩擦變成的熱量再轉化回來變成功，而且還要消耗摩擦功而變成熱量，所以有摩擦的過程也是不可逆過程。三、可逆過程必須滿足的條件1、熱平衡2、力平衡3、沒有摩擦第10頁,共22頁，2024年2月25日，星期天在實際過程中，很少能滿足力平衡、熱平衡以及沒有摩擦這三個條件，所以，一切的實際過程都是不可逆過程。不可逆過程必將引起的一些后遺效果意味著熱力學上的損失，而可逆則是一個不引起任何熱力學損失的理想過程，所以可逆過程比較簡單，它有助于理論上的分析研究和計算簡便。在熱力學中主要是研究可逆過程。第11頁,共22頁，2024年2月25日，星期天§2—5容積功(膨脹功或壓縮功)一、容積功圖1—2—7所示的氣缸內的氣體氣體進行可逆的膨脹時，氣缸內的氣體壓力為P，若活塞面積為A，則氣體作用于活塞上的總力為PA，當活塞向右移動一微小距離dx時，氣體對活塞所做的功為第12頁,共22頁，2024年2月25日，星期天氣體膨脹時，容積功為正，叫膨脹功；，氣體被壓縮時，容積功為負，叫壓縮功。由于功和容積為廣延量，所以其中m為氣缸內氣體質量，1kg氣體所做的容積功

第13頁,共22頁，2024年2月25日，星期天活塞從位置1移動到位置2，該過程的容積功為在已知起始和終了的狀態(tài)參數(shù)及壓力與比容的關系以后，就可以積分，并得出容積功的數(shù)值。的關系式不同，所求得的功的數(shù)值也就不同。另外，在壓容圖上，pdv用狹長條陰影面積表示，那么，過程1—2氣體所做的容積功就是過程1-2下面的面積12341。第14頁,共22頁，2024年2月25日，星期天過程線1-2不同，該面積也就不同，這就說明氣體容積功不僅決定起始和終點狀態(tài)，而且還與過程的性質有關，所以容積功是過程量，而不是狀態(tài)量，僅代表過程中的功，而不是全微分的符號，不能寫成()而只能寫成。只有可逆過程才可以用此公式來計算氣體對外所做的容積功。公式中的氣體壓力是指氣體的絕對壓力，在以后的公式中，都是如此。若是不可逆過程，工程壓力隨比容變化關系無法確定，因而也就無法去計算容積功。第15頁,共22頁，2024年2月25日，星期天例氣缸內的氣體壓力按玻義耳—馬略特定律。Pv=常數(shù)的規(guī)律進行變化，試求其中氣體由狀態(tài)1變化至狀態(tài)2的容積功。解因pv=常數(shù)，故pv=常數(shù)／v，代人式(1—2—9)即得1kg氣體的容積功為第16頁,共22頁，2024年2月25日，星期天氣體膨脹時，v>v由上式求出的為正值；反之，氣體壓縮時，v<v，求出的即為負值。對可逆過程而言，熱力學第一定律解析式

或容積功與過程的性質有關，內能與過程性質無關，內能的改變和容積功的總和所代表的熱量也必定與過程的性質有關第17頁,共22頁，2024年2月25日，星期天所以換熱量不僅決定于氣體的起始和終了狀態(tài)，而且還與氣體的變化過程有關，所以和一樣，不是狀態(tài)量，而是過程量，僅代表過程中的熱量，而不是全微分的符號，所以也不能寫成而只能寫成。第18頁,共22頁，2024年2月25日，星期