ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Квазистатический процесс из "Техническая термодинамика и основы теплопередачи " С особой простотой термодинамический метод исследования применяется к системам, находящимся в состоянии равновесия. При отсутствии равновесия картина очень усложняется. Между тем нас прежде всего интересуют процессы взаимного преобразования энергии, связанные с изменением состояния системы. Но мы уже установили, что изменения состояния возникают в условиях неравновесного взаимодействия с окружающей средой (при наличии разности потенциалов системы и окружающей среды, т. е. разности температур, давлений и т. п.). При этом в системе неизбежно образуется сложное распределение соответствующих потенциалов (температуры, давления и т. п.). Система реагирует на внешнее воздействие прежде всего на поверхности. Затем возмущение постепенно (с той или иной скоростью) распространяется внутрь. В любой момент этого процесса состояния системы являются неравновесными. [c.44] Характерный отличительный признак рассматриваемых состояний заключается в следующем. Если в некоторый момент систему изолировать от окружающей среды, то процесс перераспределения потенциалов не прекратится мгновенно—в системе будут продолжаться изменения (выравнивание температур, давлений и т. д.), направленные в сторону уничтожения возникших неоднородностей. Процесс этот прекращается только после восстановления нарушенного равновесия. [c.44] Таким образом, возникает очевидное затруднение. Приходится исследовать процессы (т. е. изменения состояния) средствами, которые приспособлены для рассмотрения состояния равновесия. Однако эта трудность может быть преодолена на основе следующих соображений. [c.44] Пусть на поверхности системы создана некоторая разность температур (для конкретности мы говорим о температуре, хотя все последующее относится также и любому потенциалу — давлению, электрическому потенциалу и т. д.). Это тотчас вызовет в системе процесс, направленный к восстановлению нарушенного равновесия. [c.44] Однократное изменение внешней температуры на весьма малую величину ДГ вызывает однократное нарушение и восстановление равновесия. [c.45] Многократное (непрерывно следующее одно за другим) нарушение равновесия приводит к протеканию непрерывного восстановительного процесса внутри системы. При этом ссстояние системы в произвольно выбранный момент сколь угодно мало отличается от состояния равновесия. Такой процесс представляет собой непрерывную смену состояний равновесия. Он поддерживается только влиянием внешних воздействий, и разобщение системы с окружающей средой практически мгновенно его обрывает. Процесс равновесного изменения состояния называется квазистатическим (как будто статическим). [c.45] Таким образом, понятие квазистатического процесса своеобразно сочетает в себе два внешне противоположных начала — равновесие и изменение состо яния. [c.45] Квазистатический процесс является абстракцией. Но опыт показывает, что это абстрактное понятие с успехом может быть применено не только для установления общих закономерностей, но и для исследования многих реальных процессов. [c.45] С квазистатичностью связано еще одно важное свойство. Именно в условиях квазистатического процесса небольшого (строго говоря, бесконечно малого) изменения внешнего потенциала (температуры, давления, электрического потенциала и т. п.) достаточно дл)Я изменения направления процесса. Действительно, если температура системы равна Г, то при изменении температуры окружающей среды от Г АГ до Г — АГ (т. е. на 2 АГ, где АГ - 0) происходит обращение процесса вместо подвода тепла получается отвод тепла. Это свойство квазистати-ческих процессов называется обратимостью, и соответстзенно сами процессы называются обратимыми. [c.46] При обращении процесса все количественные ooтнoшeниЯv характеризующие взаимодействие системы с окружающей средой, сохраняют свою силу. [c.46] В самом деле, как мы выяснили, количество воздействия любого рода оказывается пропорциональным соответствующему потенциалу, Следовательно, изменение этих потенциалов в окружающей среде на пренебрежимо малую величину не может повлиять на количественные соотношения. Например при данном давлении р работы элементарного квазистатического расширения и элементарного квазистатического сжатия практически совпадают и равны рйУ, так как произведения р .р)(1У, рс1У и (р — Ар)с У пренебрежимо мало отличаются друг от друга. Аналогичным образом мы должны считать равными (по абсолютной величине) количества теплоты, которая подводится и отводится при квазистатическом изменении состояния системы. [c.46] Рассмотрим теперь случай, когда разность потенциалов между системой и окружающей средой сравнительно велика. Для конкретности мы попрежнему будем говорить о температуре. [c.46] Процессы, протекающие при относительно большой разности потенциалов (температур, давлений, электрических потенциалов и т. п.) системы и окружающей среды, называются нестатическими. Характерной особенностью таких процессов является их необратимость, так как в эти х условиях уже невозможно обратить процесс очень малым (строго говоря, бесконечно малым) изменением потенциала (температуры, давления и т. д.) окружающей среды. [c.47] Все изложенное показывает нам, что с наибольшей эффективностью и простотой термодинамические методы могут быть применены при исследовании состояний равновесия и квазиста-тических процессов-. В дальнейшем только такие состояния и процессы мы и будем подробно изучать. Что же касается неравновесных состояний и нестатических процессов, то мы сможем только рассмотреть их основные свойства и установить некоторые общие закономерности. [c.47] В последующем изложении без всяких специальных оговорок мы будем считать, что рассматриваются состояния равновесия и, соответственно, квазистатические процессы. [c.47] В тех случаях, когда возникает необходимость исследовать сложные неравновесные состояния или нестатические процессы, задача с помощью специальных приемов искусственно сводится к рассмотрению состояний равновесия и квазистатических процессов или решается методами термодинамики необрат шых. процессов. [c.47] Вернуться к основной статье