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不可逆過程

鎖定
不可逆過程與可逆過程相對,是指在不引起其他變化的條件下,不能使逆過程重複正過程的每一個狀態的過程。常見不可逆過程為:不等温傳遞;節流過程自由膨脹混合過程。
中文名
不可逆過程
外文名
Irreversible process
性    質
任何實際過程都是不可逆過程
特    點
不會自發地逆轉
常見過程
不等温傳遞;節流過程等
定    義
在不引起其他變化的條件下,不能使逆過程重複正過程的每一個狀態的過程

不可逆過程簡介

自然界的變化過程都是不可逆的。所謂不可逆,指的是那些自發進行的變化,不可能自發地回到原來的狀態,而對外界不發生任何影響。 [1] 
在物理學上對可逆與不可逆過程的定義是:一個系統由某一狀態出發,經過某一過程達到另一狀態,如果存在另一過程,它能使系統和外界完全復原(系統回到原來狀態,同時消除了系統對外界的一切影響),則原來的過程稱為可逆過程;反之,如果用任何方法都不可能使系統和外界完全復原,則原來的過程稱為不可逆過程。河水能從高處流向低處,這就是不可逆過程,因為水不可能自發地再從低處回到高處。這裏“自發地”三個字很重要,因為我們完全可以用抽水機把水從低處抽到高處,即需要外界對水做功,於是外界發生了變化,產生了影響,這種影響是不可能消除的。這樣的例子可以舉出很多很多:煤炭燃燒可以放出熱量,而反過來則不可能把放出的熱量完全收回再變回煤炭;生命的孕育、生長、衰老、死亡,都不可能逆向進行。
可逆過程是否存在呢?應該説它只在理論上存在,只有理想的無耗散的準靜態過程才是可逆的。這裏的條件是①無耗散的過程,②準靜態過程。
一切不可逆過程都是向着熵增加的方向進行,也就是向着能的“貶值”的方向進行。 [1] 

不可逆過程特點

不可逆過程具有如下特點 [1] 
(1)自然界中一切自發過程都是不可逆過程;
(2)不平衡耗散等因素的存在,是導致過程不可逆的原因,只有當過程中的每一步,系統都無限接近平衡態,而且沒有摩擦等耗散因素時,過程才是可逆的;
(3)不可逆過程並不是不能在反方向進行的過程,而是當逆過程完成後,對外界的影響不能消除。

不可逆過程例子一

把一個吹得很硬的氣球拿進房間,打開它的通氣孔。氣球內被壓縮的高壓氣體就會流出來。以後全部彈子球就均勻分佈在房間裏。如果你要等待這些彈子球自動地再一次回到氣球裏,那將會白費工夫。空氣的均勻分佈將成為長期持久的平衡分佈。

不可逆過程例子二

實驗9-1:你能恢復冰塊嗎?
丟一塊冰塊到一杯温水裏,然後等待。會發生什麼現象?冰塊會化掉。已化掉的冰還能聚集到一起,並且以原來的冰塊的形狀跳出玻璃杯嗎?(你當然可以想象這樣的事情,但千萬別期望它真正會發生。)
是什麼使我們認識到這個過程不可能反過來進行呢?讓我們把這個過程拍成電影。再把電影倒過來放。如果你覺得這樣放出的電影是荒唐的和異常的,這個過程就是不可逆的。
封閉系統裏發生的過程都是對時間不可逆的過程。這一經驗事實的結論和第二定律告訴我們的相同:在由許多組分組成的封閉系統中,有序分佈後面總是一個無序分佈,而不是反過來。

不可逆過程例子三

實驗9-2:擺的擺動可逆嗎?
把一個物體掛在幾寸長的線上,使它作小擺動。觀察擺動幅度的變化。只觀察一兩次擺動,可能會以為它是個可逆過程,其動能和勢能之
和保持恆定。但是擺動幅度和擺的高度開始慢慢減小。最後物體靜止在其最低位置。其能量在擺動過程中不斷減小,在其末態能量為最小值:0。
參考資料
  • 1.    華自強,張忠進,高青等.工程熱力學(第四版).北京:高等教育出版社,2009:16-19