Молекулярная физика. Том 2 - Матвеев А.Н.
Скачать (прямая ссылка):
равновесное состояние, когда все макроскопические параметры примут во
всей системе постоянные значения. После этого совершается следующий шаг и
т. д. Таким образом, весь процесс состоит из последовательности
равновесных состояний. Такой процесс называется равновесным Его можно
изображать на диаграммах в виде непрерывных кривых. В уравнении состояния
идеальных газов pVm = RT любые из двух параметров могут считаться
независимыми параметрами, характеризующими процесс. Например, некоторый
процесс перехода от состояния ри Vx в состояние р2, У2 показан на рис.
25. Температура в каждой точке процесса однозначно определяется
уравнением состояния.
Обратимые и необратимые процессы. Обратимым называется процесс, для
которого возможен обратный переход из конечного состояния в начальное
через те же промежуточные состояния, что и в прямом процессе.
Необратимым называется процесс, когда обратный переход через ге же
промежуточные состояния невозможен.
Очевидно, что неравновесный процесс в принципе не может быть обратимым;
он всегда необратим. С другой стороны, равновесный процесс является
всегда обратимым.
Однако не следует думать, что понятие обратимого процесса равнозначно
понятию бесконечно медленного процесса. Можно указать бесконечно
медленные необратимые процессы, например пластическая деформация твердых
тел может происходить бесконечно медленно и тем не менее не является
обратимым процессом.
В последующем будут главным образом рассматриваться обратимые процессы,
если только не оговорено противное.
Возвратимся к примеру (14.2) изотермического расширения газа. После того,
как газ расширился от К0 до V, дальнейшее сбрасывание песчинок с поршня
прекра-
# Изменение состояния системы всегда связано с переходом в неравновесные
состояния. Удаление от неравновесного состояния тем значительнее, чем
быстрее изменение. Возвращение в равновесное состояние требует некоторого
времени. Поэтому, производя изменения состояния системы достаточно
медленно, мы, с одной стороны, не будем уводить систему далеко от
равновесного состояния, а с другой стороны, дадим системе в каждом
промежуточном состоянии достаточно времени для возвращения к равновесному
состоянию. В результате система проходит последователь-
§16. Обратимые и необратимые процессы 131
25
щается. Газ прошел последовательность состояний, в каждом из которых его
давление и объем имели определенные значения, а температура была
постоянна. В результате работы, совершенной газом, был вытеснен
атмосферный воздух из того объема, который теперь стал занимать газ,
находящийся в цилиндре, и поршень с песком был поднят на определенную
высоту. Сброшенные по мере подъема поршня песчинки находятся на различных
высотах. Теперь будем перемещать песчинки, сброшенные с поршня при
подъеме, на поршень на той же высоте, на которой они были сброшены. В
результате масса поршня и песчинок увеличивается, давление на газ
увеличивается и газ начинает сжиматься, его объем уменьшается. Весь
процесс идет в обратном направлении, температура поддерживается
постоянной благодаря теплообмену с окружающей средой. При каждом
положении поршня давление газа в цилиндре такое же, как и в процессе,
когда газ расширялся. Поэтому при уменьшении объема газ в цилиндре
проходит в обратном порядке все те состояния, которые он проходил при
расширении. Когда газ сжат до объема Г0, на поршне находятся все
песчинки, которые были сброшены, а масса поршня с песчинками равна т (х0)
= т0. Вся система вернулась в исходное состояние. Расширение и сжатие
газа происходило обратимо.
Необратимое расширение газа можно осуществить, например, быстрым
сбрасыванием всего песка в нижнем положении поршня, считая массу поршня
без песка достаточно малой. При этом условии поршень движется вверх с
большим ускорением, а объем газа соответствующим образом увеличивается.
При этом температура не только не является постоянной, но и имеет
различное значение в различных частях объема цилиндра. Давление газа
также имеет различное значение в различных частях объема цилиндра. Лишь
объем газа имеет определенное
25. Изображение равновесного процесса
§ ность равновесных состояний. Неправильно думать, что это утверждение
приближенное, что система проходит последовательность лишь почти
равновесных, но не точно равновесных состояний. Дело в том, что само
равновесное состояние осуществляется посредством флуктуаций через
неравновесные состояния. Поэтому если "почти равновесные состояния" при
переходе отличаются от равновесных меньше, чем флуктуационные, их следует
рассматривать как просто равновесные состояния. При достаточной
медленности процесса этого всегда можно добиться.
9*
132 2. Термодинамический метод
числовое значение. Состояние газа в цилиндре не может быть
охарактеризовано какими-то значениями р и Т. Поэтому процесс не может
быть изображен в виде линии, как это делается в обратимых процессах.
§ 17 Теплоемкость
Рассматриваются теплоемкость при постоянном давлении и при постоянном
