§92热力学第一定律 准静态过程 上一节讲到当热力学系统处于平衡态时如果系统与外界无能量和物质的交换,系 统的各个状态参量将保持不变如果系统与外界发生了相互作用(做功或者传热),平衡 态就遭到破坏而发生状态变化当一个热力学系统的状态随时间变化时,就说系统经历 了一个热力学过程(简称过程)过程是由一系列状态组成的由于中间状态不同,热力 学过程又分为非静态过程和准静态过程 设有一个系统开始处于平衡态经过一系列状态变化后到达另一平衡态,一般来说, 在实际的热力学过程中始末两平衡态之间所经历的每一个中间态不可能都是平衡态, 而常为非平衡态我们将中间状态为非平衡态的过程称为非静态过程例如在图93所 示的气体膨胀或压缩过程中,如果将活塞极其迅速 的外拉或内推活塞附近气体的压强和远离活塞处 的压强就会有差异气体内就会出现压强不均匀由 于剧烈的气流和涡旋还会造成气体各部分温度的 差异由于过程不断迅速进行,新的平衡难以建立所 图9.3 以气体的迅速膨胀或压缩过程为一非静态过程 非静态过程密度和压强的不均匀(还有加热过 程中各部分温度不均匀等)给研究工作带来了一定的困难所以人们提出一种叫准静态 的理想过程即就是在系统的始末两平衡态之间所经历的中间状态无限接近于平衡态 (当作平衡态)这样的状态变化过程称为准静态过程如图94所示在带有活塞的容器 内贮有一定量的气体,活塞与容器壁无摩擦,在活塞上放置一些沙粒开始时,气体处于 平衡态其状态参量为P、VT,然后缓慢减小外界压力,即将砂粒一粒一粒地拿走,使 压强每次减小一个微小量ΔP气体将缓慢地膨胀直到气体的状态参量变为 P、V2、2。该过程的逆过程是一颗一颗加砂粒,使外压缓慢地增加,气体将被缓慢地压 缩,直到压强从P2又增加到P。因正反过程的每一步压强的变 化很微小过程进行的无限缓慢气体压强所产生的微小不均 沙堆 匀性有足够的时间得以消除,系统在过程中的每一状态都接 近平衡态这样的过程可以看作准静态过程而实际过程不可 能是无限缓慢的准静态过程是实际过程的理想化、抽象化 气体 (它在热力学的理论研究和对实际应用的指导上有着重要意 义)以后讨论的各种过程除非特别声明,都是指准静态过程 图94 在准静态过程中,由于系统所经历的每一个状态都可以4 §9.2 热力学第一定律 一、准静态过程 上一节讲到,当热力学系统处于平衡态时,如果系统与外界无能量和物质的交换,系 统的各个状态参量将保持不变.如果系统与外界发生了相互作用(做功或者传热),平衡 态就遭到破坏而发生状态变化.当一个热力学系统的状态随时间变化时,就说系统经历 了一个热力学过程 (简称过程).过程是由一系列状态组成的,由于中间状态不同,热力 学过程又分为非静态过程和准静态过程. 设有一个系统开始处于平衡态,经过一系列状态变化后到达另一平衡态,一般来说, 在实际的热力学过程中,始末两平衡态之间所经历的每一个中间态不可能都是平衡态, 而常为非平衡态.我们将中间状态为非平衡态的过程称为非静态过程.例如,在图 9.3 所 示的气体膨胀或压缩过程中,如果将活塞极其迅速 的外拉或内推,活塞附近气体的压强和远离活塞处 的压强就会有差异.气体内就会出现压强不均匀,由 于剧烈的气流和涡旋,还会造成气体各部分温度的 差异.由于过程不断迅速进行,新的平衡难以建立.所 以气体的迅速膨胀或压缩过程为一非静态过程. 非静态过程密度和压强的不均匀(还有加热过 程中各部分温度不均匀等)给研究工作带来了一定的困难.所以人们提出一种叫准静态 的理想过程.即就是在系统的始末两平衡态之间所经历的中间状态无限接近于平衡态 (当作平衡态),这样的状态变化过程称为准静态过程.如图 9.4 所示,在带有活塞的容器 内贮有一定量的气体,活塞与容器壁无摩擦,在活塞上放置一些沙粒.开始时,气体处于 平衡态,其状态参量为 P1、V1、T1，然后缓慢减小外界压力,即将砂粒一粒一粒地拿走,使 压强每 次减 小 一个 微 小量 Δ P,气 体 将 缓慢 地 膨胀 直 到气 体 的状 态 参量 变 为 P2、V2、T2。该过程的逆过程是一颗一颗加砂粒,使外压缓慢地增加,气体将被缓慢地压 缩,直到压强从 P2 又增加到 P1。因正反过程的每一步压强的变 化很微小,过程进行的无限缓慢,气体压强所产生的微小不均 匀性有足够的时间得以消除,系统在过程中的每一状态都接 近平衡态,这样的过程可以看作准静态过程.而实际过程不可 能是无限缓慢的,准静态过程是实际过程的理想化、抽象化 (它在热力学的理论研究和对实际应用的指导上有着重要意 义).以后讨论的各种过程除非特别声明,都是指准静态过程. 在准静态过程中,由于系统所经历的每一个状态都可以