热力学可逆过程 广延不可逆热力学
热力学第二定律可逆与不可逆过程
(2) 热传导 两物体接触时，能量从高温物体传向低温物体的概率，要比 反向传递的概率大得多！因此，热量会自动地从高温物体传 向低温物体，相反的过程实际上不可能自动发生。
(有摩擦时) 不可逆
x
• 功向热转化的过
程是不可逆的。
• 一切自发过程都
是单方向进行的
不可逆过程。
• 热量从高温自动 传向低温物体的 过程是不可逆的
墨水在水中的扩散 （（有真气空体））可不逆可逆
• 自由膨胀的过程是不可逆的。
一切与热现象有关的过程都是不可逆过程，一切实际过程
都是不可逆过程。
过程不可逆的因素 不平衡和耗散等因素的存在，是导致过程不可逆的原因。
可逆过程
若系统经历了一个过程，而过程的每一步都 可沿相反的方向进行，同时不引起外界的任 何变化，那么这个过程就称为可逆过程。
不可逆过程 如对于某一过程，用任何方法都不能使系统和 外界恢复到原来状态，该过程就是不可逆过程
自发过程 自然界中不受外界影响而能够自动发生的过程。
不可逆过程的实例
力学(无摩擦时) 过程可逆
无摩擦的准静态过程是可逆过程（是理想过程）
热力学第二定律的实质，就是揭示了自然界的一切自发 过程都是单方向进行的不可逆过程。
§7-9 热力学第二定律的统计意义
一. 热力学第二定律的统计意义
1. 气体分子位置的分布规律
a b c
3个分子的分配方式
气体的自由膨胀
左半边 abc ab bc ac a b c 0
热力学中的可逆与不可逆过程
热力学中的可逆与不可逆过程热力学是研究能量转换和传递的科学，它涉及到许多重要的概念，包括可逆过程和不可逆过程。
可逆过程是指在系统与外界之间无耗散的过程，而不可逆过程则是有能量或物质的损失。
在本文中，我们将探讨热力学中的可逆与不可逆过程以及其在能源利用和环境保护方面的重要性。
首先，让我们来了解一下可逆过程。
可逆过程是指系统与外界之间的能量转换过程，其特点是能够在任何时间点都能够恢复为初始状态，不发生能量和物质的损失。
举个例子，我们可以将一个火焰置于一个密闭的容器中，然后通过一个活塞将内部压力逐渐增加。
在这个过程中，热能被转换成了机械能，但是如果我们将压力逐渐降低，机械能又会转换回热能，最终回到初始状态。
这就是一个可逆过程，因为无论我们是增加还是减少压力，系统都能够恢复到初始状态。
那么，不可逆过程又是什么呢？不可逆过程是指系统与外界之间的能量转换过程中会发生能量和物质的损失。
以上述例子为例，如果在压力降低的过程中我们突然停止操作，系统将无法恢复到初始状态。
这是因为在压力降低的过程中，部分能量被耗散为热能而无法恢复，从而导致了不可逆过程的发生。
不可逆过程是自然界中的常态，我们难以完全避免。
例如，燃烧过程会产生大量的热能和废气，这些能量无法再转化为其他有用的形式，从而造成了不可逆过程。
可逆与不可逆过程在能源利用中有着重要的意义。
可逆过程是理论上能够达到的最高效率，因为在这个过程中没有能量的损失。
但是在实际应用中，不可逆过程是无法避免的。
例如，汽车内燃机的效率就非常低，大部分燃料能转化为废热而浪费掉。
因此，我们需要不断努力提高能源利用的效率，减少不可逆过程的发生。
在环境保护方面，可逆与不可逆过程的理解也是至关重要的。
不可逆过程会导致能量和物质的损失，而这些损失可能对环境造成负面影响。
例如，废弃物的处理和排放会导致水源污染和空气污染，这些都是不可逆过程的结果。
因此，我们应该尽力减少不可逆过程的发生，推动可持续发展和环境保护。
可逆过程与不可逆过程
可逆过程与不可逆过程可逆过程是指系统沿着一条连续的平衡状态路径从一个平衡状态到另一个平衡状态的过程。
该过程是无损耗的，物质的所有性质和状态都可以完全恢复。
不可逆过程是指系统从一个平衡状态到另一个平衡状态的过程中，无法通过任何方式使所有物质的性质和状态完全恢复原状的过程。
可逆过程满足热力学第一定律和第二定律的要求，而不可逆过程可能违反这些定律。
热力学第一定律，也称为能量守恒定律，指出能量是守恒的，能量不能被创建或销毁，只能从一种形式转化为另一种形式。
热力学第二定律，也称为熵增定律，指出孤立系统的熵将随时间增加，自然趋向于更加混乱的状态。
可逆过程与不可逆过程之间最大的区别在于能量和熵的改变。
可逆过程中，系统的能量改变等于传递给系统的热量减去系统对外做功所消耗的能量，熵保持不变。
而不可逆过程中，系统的能量改变小于传递给系统的热量和系统对外做功所消耗的能量之和，熵增加。
一个常见的例子是理想气体在等温膨胀和绝热膨胀两种过程中的行为。
在等温膨胀中，理想气体与热源保持恒温接触，气体按照等温膨胀的路径发生体积的变化。
这个过程是可逆的，因为系统的能量改变等于传递给系统的热量减去系统对外做功所消耗的能量，同时熵保持不变。
然而，在绝热膨胀中，理想气体与外界没有任何热交换，气体按照绝热膨胀的路径发生体积的变化。
这个过程是不可逆的，因为系统的能量改变小于传递给系统的热量和系统对外做功所消耗的能量之和，同时熵增加。
这两个过程的区别在于热量的流向。
在可逆过程中，热量是平衡地进入和离开系统，系统内部的每个点的温度都与热源相同。
而在不可逆过程中，热量的流动是不平衡的，系统内部的一些点的温度可能高于或低于热源。
可逆过程和不可逆过程在实际中都有广泛的应用。
例如，汽车引擎中的一些过程可以被视为可逆过程，例如理想的等温膨胀和等熵膨胀。
而摩擦、温度梯度和达到平衡所需的时间等因素使得其他过程变得不可逆。
在化学工程中，例如化学反应过程、质量传递过程和传热过程都是不可逆的。
第二章热力学第二定律-3
Siso
16
Siso 0,
G 0, T
所以
自发 G 0 平衡
因此说，ΔG ≤0 已经隐含了环境的熵变。
17
§2-8 ΔA 、ΔG 的计算
G和A是状态函数，在指定的始终状态之 间ΔA、ΔG有定值。 对于不可逆过程和难于 计算的过程，要设计始终态相同的可逆过程 计算ΔA、ΔG值。
18
G=H-TS 对微小变化，
39
§2-9 热力学函数基本关系式
1、热力学基本方程 U、H、S、A、G 、p、V、T
（a） dU=δQ+δW （b） H = U + p V （c） A = U – T S （d） G = H – T S 对 dU=δQ+δW 若δWˊ=0，δQr = TdS，则:
dU = TdS - pdV
40
34
2、等温等压不可逆相变化过程ΔG 的计算 设计可逆途径进行计算。
B(,T1,p1)
G=?
不可逆相变
G1
B(,Teq,peq)
G2
可逆相变
B(,T1,p1) G3
B(, Teq,peq)
则G＝G１＋G２＋G３
35
[例2-13] 1.00mol Pb(l)由1893K(沸点)、101325Pa下蒸 发，变为1893K、50.7kPa的蒸气，求 ΔG。
28
[例] 1.00mol理想气体在300K、1010kPa向真空自由膨胀 到101kPa，求W、Q、ΔU、ΔH、ΔS、ΔA、ΔG。
29
解：因是理想气体向真空自由膨胀过程，故有： ΔU = 0，ΔH= 0， Q = 0，W =0
ΔS=Qr/T = nRln(p1/p2) = 1.00mol×8.3145J.mol-1.K-1 ×ln(1010/101) = 19.2J.K-1
热力学知识：热力学中的可逆过程和热不可逆过程
热力学知识：热力学中的可逆过程和热不可逆过程热力学中的可逆过程和热不可逆过程热力学是一门研究热力学系统、热力学宏观性质以及宏观演化规律的学科，热力学系统的运动是由能量和熵这两个概念来描述的。
在热力学中，过程可以分为可逆过程和热不可逆过程。
本文将从这两个方面来介绍热力学中可逆过程和热不可逆过程的概念、特征、应用以及在能源利用方面的问题。
一、可逆过程在热力学中，可逆过程（reversible process）是指将系统从一个平衡状态转化为另一个平衡状态的过程，使系统在整个过程中可逆，即过程可以在任意时间段内反转。
换句话说，可逆过程是能够通过微小的变化来实现状态的逆转。
在可逆过程中，系统中的能量守恒，系统的熵保持不变。
可逆过程具有以下三个特征：1.可逆性：在可逆过程中，熵增加的总量等于零，即系统的熵是不变的。
2.回弹性：如果发生扰动，系统要回到原来的状态，力与位移的乘积负责抵消了失去的能量。
3.经济性：可逆过程的能量损失极小，因为它们是先被吸收然后又被释放的，之间进行循环。
可逆过程适用于理想热机和理想气体的等温和等容过程。
二、热不可逆过程热不可逆过程（irreversible process）是指系统从一个非平衡状态转化到另一个平衡状态的过程，使过程中的能量不仅仅由于热传递而流失，还有其他形式损失，如机械运动、电能、声能等都可能造成。
换句话说，热不可逆过程是一种不可逆转的过程，系统中的熵不断增加。
热不可逆过程具有以下特征：1.时间不可逆性：热不可逆过程是一种有向过程，时间流逝方向不能改变。
2.能量不可恢复性：热不可逆过程导致一部分能量被消耗，不能恢复。
3.热不可逆性：热不可逆过程不能通过温度较低的物体获得能量，因为物体已经到达平衡状态。
热不可逆过程适用于热机和汽车发动机的实际和现实气体过程，可以产生功和效率。
三、应用热力学中的可逆过程和热不可逆过程在生产和制造过程、环境和能源开发方面具有重要应用。
1.生产和制造过程在生产和制造过程中，通过对物质的传递和变换来获得更高的效率和更高的产量，但是这些过程总是会导致能量的消耗和浪费。
可逆过程和不可逆过程
介绍可逆过程和不可逆过程 容积功的计算方法 容积功的计算
容积功的计算
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§2—4 可逆和不可逆过程
• 一、可逆过程 • 热力学体系处于平衡状态时，体系内部的压力 和温度均匀一致，并且也等于外界的压力和温 度。当外界的压力或温度变更时，体系的平衡 状态被破坏，但经过一定时间以后，体系重新 达到另一平衡状态，在从原来的平衡状态到新 的平衡状态的过程中，要经过一系列的不平衡 状态，这无法用状态参数来描述，在压容图上 也不能用确切的点来表示，所以更不会有状态 方程式描述其参数之间的关系。
• 例 气缸内的气体压力按玻义耳—马略特 定律。Pv=常数的规律进行变化，试求其中 气体由状态1变化至状态2的容积功。 • 解 因pv=常数，故pv=常数／v，代人式 (1—2—9)即得1kg气体的容积功为
1
2
pdv
2
1
v2 dv 常数 常数 ln v v1
V2 P P v1 P v1 ln 1 1 1 V1 P2
dW mdw
dV mdv
• 其中m为气缸内气体质量，1kg气体所做 的容积功 •
dw pdv
• 活塞从位置1移动到位置2，该过程的容 积功为 2
w12 pdv
1
• 在已知起始和终了的状态参数及压力与比 容的关系以后，就可以积分，并得出容积 P 功的数值。 f (v) 的关系式不同，所求得 的功的数值也就不同。另外，在压容图上， pdv用狭长条阴影面积表示，那么，过程 2 1—2气体所做的容积功 就是过程 1 pdv 1-2下面的面积12341。
• 气体膨胀时，v2 >v1 由上式求出的 w12 为正值； 反之，气体压缩时，v <v ，求出的 即为 1 w 负值。 • 对可逆过程而言，热u2 u1 pdv
热力学中的可逆和不可逆过程
热力学中的可逆和不可逆过程热力学是研究热能转化和传递的科学，而在热力学中，可逆和不可逆过程是两个重要的概念。
可逆过程是指在热力学系统中，从一个平衡状态到另一个平衡状态的过程，而不可逆过程则是指不能以逆向的方式进行的过程。
本文将探讨可逆和不可逆过程的概念及其在热力学中的应用。
可逆过程在热力学中扮演着重要的角色。
一方面，可逆过程是理想化的过程，它在理论上能够达到最高效率。
另一方面，可逆过程也是严格可控的过程，可以通过微观调节来实现。
一个典型的可逆过程是等温过程，它是指系统与周围环境温度相同时进行的过程。
在等温过程中，系统的温度保持不变，内外压力之间通过微小的压缩或膨胀来平衡，这种过程可以通过热源和冷源之间的相互作用来实现。
与可逆过程相反，不可逆过程是系统在无法实现最高效率的条件下进行的过程。
不可逆过程是真实系统中常见的过程，其特点是熵的增加。
熵是一个热力学量，用来衡量系统的混乱度或无序程度。
在不可逆过程中，熵会增加，而在可逆过程中，熵保持不变。
一个常见的不可逆过程是热传导，它指的是热量从高温区域传递到低温区域的过程。
热传导是不可逆的，因为热量的自发传递只能发生从高温到低温的方向，而无法反向发生。
可逆过程和不可逆过程在热力学中有许多应用。
其中一个重要的应用是热力学循环的分析。
热力学循环是指一系列可逆和不可逆过程组成的过程，它们经过一些操作，使得系统最终返回到初始状态。
在热力学循环中，可逆过程被广泛应用于理想化的汽车发动机和热力发电厂等设备中。
由于可逆过程具有最高效率，因此通过优化循环中的可逆过程，可以提高整个系统的能源利用率。
另一个与可逆过程和不可逆过程相关的应用是热力学第二定律和熵的研究。
热力学第二定律是热力学中最重要的定律之一，它规定了自然界中热量传递的方向和限制。
根据热力学第二定律，孤立系统中熵总是增加的，不可逆过程总是发生的。
通过熵的概念，我们可以对不可逆过程的特性进行定量分析，并对自然界中的能量转化过程进行限制和优化。
14-6 热力学第二定律 可逆与不可逆过程
D C
Q2 T2 V
o
高温热源 T1 Q1
卡诺致冷机 W
Q2 低温热源 T2
虽然卡诺致冷机能把热量从低温物体移至高温
物体，但需外界作功且使环境发生变化 .
14 – 6 热力学第二定律 可逆与不可逆过程 二、热力学第二定律的两种表述是等价的
高 温 热 源 T1
Q
Q+Q2
Q2
A
B
W
W=Q
Q2
Q2
低 温 热 源 T2
第二类永动机是不可能制成.
14 – 6 热力学第二定律 可逆与不可逆过程
p
p1
1 ( p1,V1,T )
p2
( p2,V2,T )
W
2
o V1
V2 V
p A
T1 T2
T1 B
W
D
T2
C
o
V
QT
E
W
等温膨胀过程是从
单一热源吸热作功，而 不放出热量给其它物体, 但它非循环过程.
高温热源 T1 Q1 W
开尔文表述不成立，则克劳修斯表述也不成立.
14 – 6 热力学第二定律 可逆与不可逆过程
注意
1 热力学第二定律是大量实验和经验的总结. 2 热力学第二定律开尔文说法与克劳修斯说 法具有等效性 . 3 热力学第二定律可有多种说法，每一种说 法都反映了自然界过程进行的方向性 .
14 – 6 热力学第二定律 可逆与不可逆过程 三 可逆过程与不可逆过程 可逆过程 : 在系统状态变化过程中,如果逆过 程能重复正过程的每一状态, 而不引起其他变化, 这样的过程叫做可逆过程 .
14 – 6 热力学第二定律 可逆与不可逆过程
第二定律的提出 1 功热转换的条件第一定律无法说明. 2 热传导的方向性、气体自由膨胀的不可 逆性问题第一定律无法说明. 一 热力学第二定律的两种表述 1 开尔文表述：不可能制造出这样一种循环工作 的热机，它只使单一热源冷却来做功，而不放出热量给 其他物体，或者说不使外界发生任何变化 .
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热力学可逆过程广延不可逆热力学
从热力学的观点就有序无序而论，可以把物质体系分为两类：一类不需要和外界环境进行物质和能量的交换，即在孤立的条件下和在平衡的条件下得以维持其结构。
另一类体系只有通过和外界环境进行物质和能量的交换，在非平衡条件下才得以维持并呈现出宏观范围的时空有序。
经典热力学只能对第一类体系做出解释和预言，因此必须从封闭体系推广到敞开体系。
热力学的这种推广，形成了一门新的学科――不可逆过程热力学。
对非平衡态和不可逆过程作定量的描述，就是不可逆过程热力学（或非平衡态热力学）的内容和任务。
不可逆过程热力学虽然在理论系统上还不够完善和成熟，但有广阔的前景，已经在一些领域中得到了应用，如扩散、热传导、热电效应、化学反应和电极过程等，特别是生物体系的应用更为广阔。
本书是一本优秀的、能够代表日新月异的不可逆过程热力学发展水平的专著，收集了本领域各版本相关时段的上百篇的有代表性的学科成果。
与其书名中的“广延”一词对应，本书在内容上更加强调对“非平衡态”的开拓性的描述，即相比与经典热力学更加丰富的自变量，例如热通量，熵通量等。
从1988年第一版问世以来，广受好评，已成为学科公认的经典教材之一。
本书为第四版，新增了从上一版（2001年）至今的新材料、新应用及新的理论发展的相关内容，并对以前的一些内容，如公式的物理意义、边界条件的表述等做了重排使之更为规范易懂。
本书的内容共分三大部分。
第一部分一般性理论，包括第1-3章：
1.经典的、理性的、汉密尔顿体系的非平衡态热力学;
2.广延不可逆热力学：演化方程;
3.广延不可逆热力学：态的非平衡方程。
第二部分微观基础理论，包括第4-8章：
4.气体动力学理论;
5.波动理论;
6.信息理论;
7.线性响应理论;
8.计算机模拟。
第三部分精选应用，包括第9-18章：
9.刚性导体中的双曲型热传导;10.微，纳系统中的热传导;11.流体中的波：声波、超声波和激波;12.广义流体力学;13.非典型扩散、热扩散和悬浮液;14.电气系统和微型器件模型的建立;15.从热弹性固体到流变材料;16.剪切流动下的聚合物溶液热力学;17.具有相对论性质的表述;18.粘性宇宙模型和宇宙论的观点。
作者davidjou是公立巴塞罗那自治大学物理系教授，也是加泰罗尼亚研究所科学与技术部门的成员之一。
本书内容丰富，适合物理、化学、工程学、生物学及材料学等学科师生及研究人员参考。