可逆過程
| 熱力學 |
|---|
 |
在熱力學中，可逆過程是指系統的某些屬性能夠在無能量損失或耗散的情形下通過無窮小的變化實現反轉的熱力學過程。如果這一過程是一個熱力學循環，則這種循環稱為可逆循環。[1]由於這些變化都是無窮小的，熱力學系統在整個過程中都處於平衡態。由於在理論上這種過程所需時間為無窮大，完全理論意義上的可逆過程在實際中是不可能實現的。不過，如果系統對所發生變化的反應速度遠遠大於變化本身，過程中微小的不可逆性則可以忽略，因而理論上經常把無摩擦的准靜態過程看作可逆過程。在可逆循環中，系統和其外界環境在每一次循環結束時都保持完全相同的狀態。[2]
可逆過程的另一種定義是，過程發生後能夠被復原並對系統本身或外界不產生任何影響的過程稱作可逆過程。在熱力學的語義中，一個過程「發生」是指這個熱力學系統從初始狀態發生變化直到終止狀態過程結束。
值得注意的是，物理過程可逆，是指在時間反演變換操作下物理定律形式保持不變。
不可逆性
[編輯]當一個過程不可反轉時，它被稱作不可逆過程。在不可逆過程中發生的變化是有限的，因而系統在過程中並不處於平衡態。而在一個不可逆循環中，雖然系統在相同的點上都處於相同的狀態，但每經一次循環都對外界環境產生了永久性的改變，這種改變是無法通過過程反轉手段來恢復的。[2]
可逆過程和熵變
[編輯]當可逆過程改變系統狀態時，系統與外界的熵的總量改變為零；與之對應的是，系統經不可逆過程改變狀態後熵總是增加的，這是熱力學第二定律的體現。進一步地，可逆過程這一概念劃定了熱力學與工程上熱機效率的上限：由於可逆過程是系統無熱量「浪費」的過程，基於由可逆過程構成的可逆循環的熱機效率是所有熱機可能達到的最高效率（參見卡諾循環），實際熱機由於摩擦等因素只能進行不可逆的循環，任何熱機都無法達到可逆循環熱機的效率。
有些嚴格的場合需要區別可逆過程和准靜態過程（在某些不太嚴格的場合兩者屬於同義語）：可逆過程總是准靜態的(絕熱過程除外)，但反過來不一定成立。[1]例如，在一個器壁存在摩擦的圓柱體容器中，對圓柱體和活塞之間的氣體進行無窮小的壓縮，這一過程是准靜態的但不是可逆的。[3]雖然這個系統只是從平衡態發生了一個無窮小的改變，因摩擦產生的熱量損耗是不可逆的，僅僅把活塞向相反方向移動無窮小的距離也無法將這些熱量還原，由此可知存在能量耗散的准靜態過程不是可逆過程。
教科書中常提到的可逆過程——可逆絕熱過程是等熵過程的一個例子，當封閉系統與外界沒有任何熱交換，並在無耗散的情況下自由膨脹或壓縮時，這一過程就是一個可逆絕熱過程。
工程古語
[編輯]歷史上，「忒斯拉原理」（Tesla principle）一詞曾被尼古拉·忒斯拉用於描述某些特定的可逆過程，[4]但這個詞語後來沒有再被延續使用。這個原理是說某些系統的熱力學過程可以被反轉。忒斯拉在研究強度和方向都隨週期變化的交變電流時建立發展了這個原理。在忒斯拉渦輪泵的演示中，隨着圓盤自轉固定在軸上的機械在發動機的推動下開始工作。而當渦輪泵的工作方向被反轉時，圓盤的行為相當於一個泵。[5]
參見
[編輯]參考文獻
[編輯]- ^ 1.0 1.1 Sears, F.W. and Salinger, G.L. (1986), Thermodynamics, Kinetic Theory, and Statistical Thermodynamics, 3rd edition (Addison-Wesley.)
- ^ 2.0 2.1 Zumdahl, Steven S. (2005) "10.2 The Isothermal Expansion and Compression of an Ideal Gas." Chemical Principles. 5th Edition. (Houghton Mifflin Company)
- ^ Giancoli, D.C. (2000), Physics for Scientists and Engineers (with Modern Physics), 3rd edition (Prentice-Hall.)
- ^ Electrical Experimenter, January 1919. p. 615. [1]
- ^ "Tesla's New Monarch of Machines". New York Herald Tribune, Oct. 15, 1911. (Available online. Tesla Engine Builders Association. [2])
![[1]](http://www.teslasociety.com/pictures/teslaxc4.jpg){kind=link}