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準平衡過程
鎖定
- 中文名
- 準平衡過程
- 外文名
- Quasi equilibrium process
- 別 名
- 準靜態過程
- 本 質
- 它是實際過程的極限情況
- 圖像表示
- 在PV圖上用實線描述
- 應用學科
- 熱工基礎
準平衡過程定義
系統由一個狀態到達另一個狀態的變化過程稱為熱力過程,簡稱過程。狀態改變意味着系統原平衡態被破壞。實際熱工設備中進行的過程,都是由於系統內部各處温度、壓力或密度的不平衡而引起的,所以過程所經歷的中間狀態是不平衡的。
[1]
如果在熱力過程中系統所經歷的每一個狀態都無限地接近平衡態,這種過程稱為準平衡過程,又稱為準靜態過程,在狀態參數座標圖上可以用連續的實線表示。而非平衡過程由於它所經歷的不平衡狀態沒有確定的狀態參數,因而不能表示在狀態參數座標圖上。
[1]
準平衡過程圖像表示
準平衡過程準平衡過程中的功
計算準平衡過程中的功的典例。設有一氣缸,活塞的截面積為S。隨着氣體膨脹,活塞移動了dl後,氣體所做的元功為:
,式中dV為氣體容積的改變。設氣體從狀態Ⅰ變化到狀態Ⅱ,在圖中以實線Ⅰ和Ⅱ表示;功dA可以用畫有陰影的小面積來表示。從狀態Ⅰ變化到狀態Ⅱ,氣體總功基本等於上述小面積的總和,即曲線下的面積:
當氣體膨脹,系統對外界做功時,A>0。當氣體被壓縮,外界對系統做功時,A<0。從圖中可知,系統沿虛線所示的過程比沿着實線的過程做的功大。所以,系統由一個狀態變化到另一個狀態時所做的功,不僅取決於它的始末狀態,而且和它經歷的過程有關。應用熱力學第一定律於有限的準平衡過程得:
應用熱力學第一定律於微小準平衡過程得:
我們知道,氣體的內能為氣體狀態的單值函數,氣體從一狀態變到另一狀態,不論其過程如何,其內能的改變
為一定值。由熱力學第一定律可以推知,氣體從一狀態變到另一狀態,既然內能的變化一定,做功必與過程有關,則氣體吸收或放出的熱量也與過程有關。
[3]
準平衡過程注意事項
準平衡過程實際過程
準平衡過程弛豫時間
實際上,在系統內外的不平衡勢(如壓力差、温度差等)不是很大的情況下,弛豫時間非常短,可以將實際過程近似地看作準平衡過程。例如:在活塞式熱力機械中,活塞運動的速度一般在10 m/s以內,但氣體的內部壓力波的傳播速度等於聲速,通常每秒數百米,相對而言,活塞運動的速度很慢,這類情況就可按準平衡過程處理。
[1]
準平衡過程理論意義
準平衡過程是實際過程的極限情況,是一種科學抽象。但是,準平衡過程在熱學研究中卻具有十分重要的意義。實際上,熱力學的定量結論只嚴格地適用於準平衡過程。由於準平衡過程是實際過程的極限情況,所以熱力學結論一方面紿我們提供了實際過程的定量界限(如熱效率),另一方面也為實際過程給出間接的數量關係。當狀態量的變化與過程無關時,可用準平衡過程代替非平衡過程來計算兩個狀態之間的變化)。