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本文拟结合平衡态热力学可逆过程的概念,探讨恒温、恒压、恒容及绝热过程的热力学本源。
可逆过程
由熵增原理可得隔离系统熵变计算公式如下[1]:
dSiso=δQ/T1 +[- δQ –δWs'+ (p-pe)dV]/T2=[δQ(T2-T1)-T1δWs'+T1(p-pe)dV]/(T1T2) (1)
当式(1)中δQ(T2-T1)、-T1δWs'及T1(p-pe)dV均为0时,即:dSiso=0,封闭系统发生的热力学过程称为可逆过程。
有必要指出式(1)为微分式,强调的是热力学过程的某一瞬间,是指系统的某一暂态或瞬态。
2. 绝热过程与恒温过程
2.1 绝热过程
由式(1)可知:δQ=0可使δQ(T2-T1)值为0。
对于热力学元熵过程,δQ≡T▪dS=0,则:dS≡0 (2)
式(2)显示元熵绝热过程也为恒熵过程;绝热过程是指热力学过程的任一瞬间系统与环境之间均不发生热量交换,即δQ≡0。
2.2 恒温过程
由式(1)可知:T2=T1同样可使δQ(T2-T1)值为0。
恒温过程是指热力学过程任一瞬间,系统温度与环境温度恒相等。如果该过程环境温度保持恒定,则系统温度也需保持恒定。
3. 恒压过程与恒容过程
3.1 恒压过程
由式(1)可知:p-pe=0可使T1(p-pe)dV值为0。
恒压过程是指热力学过程任一瞬间,系统压强与环境外压恒相等。如果该过程环境外压保持恒定,则系统压强也需保持恒定。
3.2 恒容过程
由式(1)可知:dV=0可使T1(p-pe)dV值为0。
恒容过程是指热力学过程任一瞬间,系统体积均不发生改变,即:dV≡0。
4. 结论
平衡态热力学的绝热过程、恒温过程、恒压过程及恒容过程概念均是由热力学可逆过程派生出来的名词。
参考文献
[1]余高奇. 热力学第二定律研究.科学网博客, 2021, 08
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GMT+8, 2024-6-3 23:12
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