Равновесные (обратимые) и неравновесные (необратимые) процессы

Равновесные (обратимые) и неравновесные (необратимые) процессы [c.45]

Как уже отмечалось выше, степень необратимости того или иного необратимого процесса может быть различной. В принципе можно представить себе степень необратимости настолько малой, что процесс будет осуществляться практически обратимо. В этой связи полезно обратиться к понятию о равновесных (квазистатических) и неравновесных процессах. [c.52]

В течение научной карьеры мною опубликованы многочисленные работы по термодинамике как равновесного, так и неравновесного состояний (большинство из которых издано в русском переводе). И, естественно, возникла необходимость написания обобщающего труда, где был бы сведен воедино весь пройденный мною путь познания в этой области, от термодинамических начал до современного состояния термодинамики, когда в рассмотрение включаются три состояния систем равновесное, линейная область вблизи равновесия и состояние, далекое от равновесия. При этом особо хочу подчеркнуть, что если в традиционной термодинамике (части I и II нашей книги) речь идет об обратимых процессах, то основным действующим лицом современной термодинамики (части Ш-1У) становится необратимость, понимаемая не как следствие приближенного описания процессов, а как первичная физико-химическая реальность, играющая конструктивную роль и обусловливающая возможность самоорганизации в открытых системах — ситуации, где традиционные абстракции классической и квантовой физики (понятия траектории н волновой функции) перестают отвечать экспериментальным данным. [c.5]

Одно дополнительное замечание читатель, знакомый с учебниками по термодинамике, может припомнить чувство неудовлетворенности, возникающее при выводе уравнений, подобных уравнению (4-4.4), из-за некоторой расплывчатости соображений, касающихся обратимых и необратимых процессов, которые использовались где-то в ходе рассуждений. В последующем мы будем говорить о реальных процессах, которые являются необратимыми. Полученные соотношения относятся к области термодинамики необратимых процессов. Равновесные соотношения (или соотношения термостатики), а также соотношения линейной неравновесной термодинамики (типа соотношений Онзагера) можно получить как некоторые предельные случаи. [c.149]

Энергия сохраняется, конечно, во всех процессах, равновесных и неравновесных, обратимых и необратимых. Поэтому равенства [c.102]

Обратимые и необратимые процессы могут быть составлены из последовательности равновесных или неравновесных состояний рассматриваемой физической системы. [c.29]

Исходя из второго начала термодинамики, рассмотрим прежде разделение всех процессов, испытываемых изолированной системой в целом, на обратимые и необратимые и установим отношение этих процессов к равновесным и неравновесным. [c.53]

Мерой необратимости процесса в замкнутой системе (см. 17) является изменение новой функции состояния — энтропии, существование которой у равновесной системы устанавливает первое положение второго начала о невозможности вечного двигателя второго рода. Однозначность этой функции состояния приводит к тому, что всякий необратимый процесс является неравновесным (см. 17). Верно и обратное заключение всякий неравновесный процесс необратим, если в дополнение ко второму началу осуществляется достижимость любого состояния неравновесно, когда оно достижимо из данного равновесно [вся современная практика подтверждает выполнение этого условия однако противоположное условие (см. 30) выполняется не всегда]. Деление процессов на обратимые и необратимые относится лишь к процессам, испытываемым изолированной системой в целом разделение же процессов на равновесные и неравновесные с этим не связано. [c.54]

Это есть общее аналитическое выражение термодинамического тождества для необратимых процессов. В этом выражении, как уже отмечалось, aU, dl н (pk выражены через внешние параметры V, Ог, , Оп и температуру Т таким же образом, как и при обратимых процессах. Так как величины V, а ,. .., а , Т определяют равновесное состояние, в дальнейшем будем называть их равновесными параметрами. Величина d S, наоборот, через равновесные параметры не может быть выражена. Ее возникновение обусловлено необратимостью процесса, и, следовательно, она должна быть выражена через дополнительные параметры, прямо связанные с природой рассматриваемого необратимого процесса. Эти дополнительные параметры целесообразно назвать неравновесными, или диссипативными. [c.157]

ПОНЯТИЕ О РАВНОВЕСНЫХ И НЕРАВНОВЕСНЫХ, ОБРАТИМЫХ И НЕОБРАТИМЫХ ПРОЦЕССАХ [c.34]

Любой неравновесный процесс становится равновесным, если скорость осуществления этого процесса стремится к нулю. В то же время любой неравновесный процесс является необратимым и всякий равновесный процесс является процессом обратимым. Иными словами, причина необратимости реальных процессов заключается в их неравновесности. Действительно, бесконечно медленное (квазистатическое) проведение процесса делает этот процесс обратимым. При бесконечно медленном процессе рабочее тело проходит через непрерывную последовательность равновесных состояний. [c.52]

Если в нашем распоряжении имеется механически неравновесная изолированная система, состоящая, как и раньше, из запаса сжатого воздуха и среды, то и в этом случае наибольшая работа, которую можно получить при переходе из механически неравновесного состояния системы в равновесное, может быть получена только в результате осуществления полностью обратимых процессов. Представим себе, что работа производится с помощью поршневой воздушной машины. Ясно, что при прочих равных условиях полученная работа будет тем больше, чем меньше трение между поршнем и стенками цилиндра машины. Но трение представляет собой типичный необратимый процесс. Наибольшая работа была бы получена, если бы трение отсутствовало вовсе, т. е. в полностью обратимом процессе. [c.100]

Для обратимых равновесных потоков показатель изоэнтропы дает возможность определить соотношение между давлением и плотностью, скорость потока, термодинамическую скорость звука и ряд других газодинамических характеристик. Однако большинство встречающихся на практике процессов течения двухфазных сред происходит неравновесно. Степень неравновесности зависит от многих факторов градиентов скоростей фаз, дисперсности среды, времени процесса, начальных и граничных условий и т. п. Причем в зависимости от размеров и структуры жидкой фракции в процессе расширения двухфазной смеси возможны не только конденсация, но и испарение — подсушка среды. Кроме того, скорости фаз в потоках, как правило, различаются, что приводит к дополнительным потерям на трение, выделение тепла и соответственно рост энтропии, Очевидно, что в этих условиях использовать термодинамический показатель k нельзя и речь может идти лишь о показателе адиабаты, учитываюшем степень неравновесности и необратимости процесса. Если исключить из анализа явления, характерные и для однофазных сред потери в пограничном слое, потери от неравномерности поля скоростей в вязких средах и др., то основными причинами необратимости процессов в двухфазных потоках можно считать потери от механического взаимодействия теплообмена и массообмена при конечной скорости обменных процессов между фазами. [c.73]

Принципиальная возможность переходов системы в состояния с меньшей вероятностью снимает противоречие между механикой с ее обратимым во времени движением и термодинамикой с необратимыми процессами. При длительном наблюдении (в пределе бесконечном) будут обнаружены самые маловероятные состояния. Например, газ соберется в одну половину сосуда. По идее М. Смолуховского, все зависит от размеров системы (числа частиц) и степени различия между равновесным состоянием системы и неравновесным. Пусть газ находился в начальный момент в левой половине сосуда. После этого открыли перегородку и он распространился по всему объему. В силу обратимости законов механики не исключена возможность, что движение частиц рано или поздно вернет систему в начальное состояние. Пусть среднее время между начальным моментом и моментом возвращения равно т. Если срок наблюдения / > т, то процесс расширения газа будем считать обратимым, если / < т, то процесс необратим. [c.80]

Как известно, в работах, посвященных термодинамике произвольных необратимых процессов, в качестве основных параметров широко используются термодинамические параметры, для которых определения существуют только в случае равновесных состояний. При этом, однако, предполагается, что термодинамическим параметрам неравновесных процессов может быть придан определенный смысл методами статистической физики. Это позволяет их применять также и в феноменологических рассмотрениях. В связи с этим отметим, что по свидетельству Планка, даже Кирх-гофф хотел ограничить понятие энтропии обратимыми процессами. Твердая уверенность в общности этого понятия, которую Планк выразил уже в своей Диссертации, привела его в 1900 г. к закону излучения и К теории квантов [20]. [c.45]

Термодинамические процессы могут быть обратимыми и не- обратимыми. Обратимым называют равновесный процесс, который протекает в прямом и обратном направлениях через один и тот же ряд равновесных состояний, не вызывая изменений в самом газе и в телах, окружающих систему. Неравновесные процессы необратимы. Все действительные процессы, встречающиеся в теплотехнике, практически необратимы. Изучение этих процессов может быть приведено при некоторых условиях к изучению обратимых процессов с достаточной для практики точностью. [c.98]

Какие термодинамические процессы называются равновесными и неравновесными, обратимыми и необратимыми [c.101]

Более подробное рассмотрение свойств равновесных и неравновесных процессов приводит к установлению понятия об обратимых и необратимых процессах. [c.56]

Ранее указывалось, что обратимые процессы проходят через ряд равновесных состояний и что условием их осуществимости является наличие температурного равновесия и механического равновесия, ведущих к бесконечно малой скорости протекания процесса. Необратимые процессы соответственно называются неравновесными. Обычно полагают, что равновесными у них являются только начальные и конечные состояния, а все промежуточные состояния — неравновесны. [c.37]

Обратимыми называются такие термодинамические процессы, которые могут быть проведены как в прямом направлении (например, расширение) так и в обратном (сжатие) через одну и ту же последовательность промежуточных состояний с возвращением в исходное состояние как самого рабочего тела, так и окружающей среды. Обратимый процесс должен быть равновесным и происходить без трения и вихреобразования, для того чтобы работа не превращалась необратимо в теплоту. Так как в природе все процессы неравновесны, то следовательно, они и необратимы. [c.12]

Почти всегда подчеркивают, что термодинамика занимается изучением обратимых процессов и равновесных состояний и что эта наука не может иметь никакого отношения к необратимым процессам или неравновесным системам, в которых изменения развиваются с конечной скоростью. Причина, по которой равновесные состояния столь важны, достаточно очевидна, если принять во внимание, что и сама температура определена для равновесных состояний. Но признание всеобщего бессилия при описании необратимых процессов представляется, по здравому размышлению, удивительным. Обычно физика не ведает таких пораженческих настроений. [c.95]

Обратимый процесс является равновесным, а необратимый - неравновесным. В результате прямого и обратного обратимых процессов в системе и во внешней среде не происходит каких-либо остаточных конечных изменений. При прямом обратимом процессе производится работа, достаточная для возвращения системы при тех же внешних условиях в первоначальное состояние. [c.12]

Неравновесное высокоэластическое состояние полимеров связано с тем, что система линейных цепных молекул не может находиться одновременно и в состоянии полного равновесия и быть напряженной. Всякое напряжение в такой системе будет вызывать или необратимые деформации или течение материала. В результате этого напряжения неизбежно будут уменьшаться и исчезать. Однако вследствие больших размеров молекул вязкость материала может оказаться настолько значительной, что даже за большие промежутки времени процесс течения практически может оказаться незаметным. В этом случае приложенное напряжение не может исчезнуть и вызывает обратимую высокоэластическую деформацию. Таким образом, высокоэластичность проявляется в полной мере тогда, когда необратимой деформацией развивающегося процесса можно пренебречь по сравнению с обратимой высокоэластической деформацией. Таким образом, даже в случае установившейся равновесной высокоэластической деформации линейного полимера в действительности реализуется состояние неполного равновесия. [c.20]

Допустим, что имеется неравновесная замкнутая система, состоящая из источника работы и среды. Независимо от того, являются ли протекающие процессы обратимыми или необратимыми, внутренняя энергия источника работы изменяется от начального значения U до значения равновесного со средой состояния Uq. [c.158]

Соотношение (1.27) получено из рассмотрения обратимого процесса. Это означает, что под О подразумевается количество теплоты, полученной системой от внешнего источника теплоты, причем температуры источника теплоты и системы равны (в противном случае процесс передачи тепла был бы неравновесным, а следовательно, и необратимым) кроме того, каждый из членов А](1а , входящих в выражение для dQ, содержит равновесное значение силы Aj (в частности, собственное давление системы р). [c.28]

Различие между квазистатическими обратимыми и необрати мыми процессами заключается в конечном счете в том, что ква-зистатические обратимые процессы представляют собой последовательную цепь равновесных состояний, в то время как необратимые процессы представляют собой цепь неравновесных состояний. [c.44]

Из разобранного в предыдущем параграфе примера видно, что степень обратимости процесса увеличивается по мере уменьшения его скорости. Это происходит потому, что необратимость всегда связана с неравновесностью проходимых системой состояний. А неравновес-ность будет, очевидно, тем меньше, чем меньше скорость процесса по сравнению со скоростью самопроизвольного установления в системе термодинамического равновесия. В предельно медленном процессе все состояния, через которые проходит система, будут просто равновесными, и поэтому такие процессы называют равновесными, или квазистатическими. [c.100]

Причина появления dQ " качественно ясна из общих соображений для достижения заданного. значения внешних переменных при проведении процесса в неравновесных условиях требуется затратить больше энергии, чем в равновесных, поскольку процесс протекает с конечной скоростью и неизбежны потери на трении в рабочих телах. Иначе говоря, при одинаковом начальном и конечном состояниях системы работа квази-статического процесса должна быть всегда больше, чем нестатического. Чтобы подтвердить этот вывод, рассмотрим закрытую систему, -которая совершает цикл, переходя из некоторого состояния I в другое состояние II необратимым путем, а обратно из II в I — обратимым. При необ )атимом процессе из уравнения первого закона (5.14) [c.72]

В 1876 г. И. Лошмидт выступил с возражениями против развитой Больцманом теории об одностороннем изменении -функции (в дальнейшем ее стали называть //-функцией). Суть его замечаний сводилась к следующему. В первоначально неравновесной системе столкновения частиц приводят к тому, что с течением времени и ней установится равновесное максвелловское распределение частиц по скоростям. При этом, по Больцману, Я-функция будет монотонно убывать. Если после достижения равновесия изменить все скорости частиц на противоположные, то эволюция системы будет происходить в сторону удаления ее от равновесия, причем Я-функция будет возрастать. Мысленный парадокс Лошмидта приводил к тому, что у Я-функции имеется столько же возможностей возрастать, сколько и убывать. Это логически противоречит тому, что механические уравнения 01шсывают обратимые процессы, в то время как результаты Больцмана описывают необратимые процессы. [c.85]

При взаимодействии с окружающей средой термодинамическая система проходит ряд последовательных состояний, совокупность которых называют термодинамическим процессом. Термодинамический процесс называют равновесным, если в любом промежуточном состоянии при фиксированных внешних воздействиях для конечного интервала времени параметры термодинамического состояния системы не изменяются. Неравновесными называют процессы, состоящие из последовательности неравновесных состояний. При заданных внешних воздействиях реальные процессы в термодинамической системе всегда происходят с конечной скоростью изменения параметров термодинамического состояния, поэтому они всеща будут неравновесными. В том случае, если скорости изменения параметров термодинамического состояния достаточно малы, процесс приближенно можно считать равновесным. Равновесный процесс, который и в прямом, и в обратном направлениях проходит через одну и ту же последовательность состояний, только в обратном порядке, носит название обратимого. В противном случае термодинамический процесс называют необратимым. Необратимые термодинамические процессы характеризуются рассеянием энергии. [c.181]

Термодинамика и статистическая физика изучают обратимые процессы, для которых = т. е. процессы, в которых система переходит из одних равновесных состояний в другие равновесные состояния через последовательность равновесных же состояний. Неравновесная термодинамика (или термодинамика необратимых процессов. квазитермодинампка), как и кинетическая теория, изучает неравновесные процессы, Цель настоящего параграфа — показать соотношение этих дисциплин. [c.238]

Относительно применения терминов обратимый и равновеоиый (и соответственно необратимый и неравновесный ) необходимо сделать следующее замечание. В случае процессов, происходящих в изолированной системе, было бы предпочтительнее употреблять термины обратимый и необратимый , а для неизолированной системы— равновесный и неравновесный . Мы, однако, не будем придерживаться этого и в соответствии с установившейся терминологией будем пользоваться для характеристики процесса в любой системе терминами обратимый и необратимый . [c.23]

На практике 0 измеряют по теплоемкости С <5 = С Т.) В реальной системе преобразование из состояния О в состояние X вдоль пути 7, включающее необратимые процессы, происходит за конечное время. В классической термодинамике предполагается, что любое необратимое преобразование, происходящее в природе, может быть реализовано с помощью обратимого процесса, для которого выполняется соотношение (3.4.1). Иначе говоря, предполагается, что любое необратимое преобразование, приводящее к некоторому изменению энтропии, может быть в точности воспроизведено с помощью обратимого процесса, в котором изменение энтропии обусловлено исключительно обменом теплоты. Так как изменение энтропии зависит только от начального и конечного состояний, то изменение энтропии, вычисленное по обратимому пути, равно изменению энтропии, обусловленному необратимыми процессами. (Некоторые авторы ограничивают приведенное выше утверждение переходами между равновесными состояниями это ограничение исключает из pa ютpeния химические реакции, в которых изменения часто происходят из неравновесного состояния в равновесное.) [c.94]

Обратимые (квазистатические) и необратимые процессы. В процессе перехода иа одного равновесного состояния в другое, к-рый может происходить под влиянием различных внеш. воздействий, система проходит через непрерывный ряд состояний, не являющихся, вообще говоря, равновесными. Для реализации процесса, приближающегося к последовательности равновесных состояний, необходимо, чтобы он протекал достаточно медленно (был бы квазистатиче с к и м). Но сама по себе медленность процесса ещё не явл. достаточным признаком его равновесности. Так, процесс разрядки конденсатора через большое сопротивление или дросселирование газа (см. Джоуля — Томсона эффект) могут быть сколь угодно медленными и при этом существенно неравновесными процессами. Равновесный процесс, представляя собо11 непрерывную цепь равновесных состояний, явл. обратимы м— его можно совершить в обратном направлении и при этом в окружающей среде не останется никаких изменений. Т. даёт полное количеств, описание обратимых процессов, а для необратимых процессов устанавливает лишь определ. неравенства и указывает направление их протекания. [c.751]

Несмотря на прогрессивный характер идей Больцмана, необходимо указать на ограниченность и известную метафизичность его флукту-ационной гипотезы. Несовершенство этой гипотезы заключается в том, что предполагаемая гигантская флуктуация слишком маловероятна для ее осуществления. Метафизичность этой гипотезы состоит в том, что развитие Вселенной сводится к случайным отклонениям (флуктуациям) от состояния термодинамического равновесия, в котором пребывает Вселенная. В действительности это не так. Развитие Вселенной — непрерывный сложный процесс движения но восходящей линии, сопровождающийся качественными превращениями, примером которых является образование новых звездных систем. Поэтому не может быть предполагаемого Больцманом неизменного исходного равновесного состояния Вселенной. Для Вселенной само понятие термодинамического равновесия лишено смысла. Вселенная в целом всегда неравновесна, она развивается необратимо без стремления перейти в состояние равновесия. Это относится ко всей Вселенной в целом в отдельных частях ее развитие может происходить как необратимо, так и обратимо. [c.115]

Равновесный и обратимый процессы, составляющие одну и ту же последовательность равновесных состояний, в дальнейшем называются конфигуративными. Графические изображения таких процессов тождественны, но при этом внешние эффекты процессов (работа, теплообмен) будут различны, так как в реальном равновесном процессе, в отличие от обратимого, неизбежны необратимые явления (трение, диффузия, неравновесный теплообмен и т. п.). [c.11]

МАКСИМАЛЬНАЯ РАБОТА в термодинамике имеет 2 смысла 1) М. р. — работа, совершаемая тонлоизолированио системой при обратимом переходе из неравновесного состояния в равновесное (прп этом энтропия спсте.мы остается постоянной). 2) М. р.— работа, совершаемая системой в термостате (с одной и той же температурой в начальном и конечном состоянии), при обратимом переходе из одного равновесного состояния в другое если ири этом объем остается неизмонны.м, то М. р. равиа измепению сво-бод)юй энергии, если неизменно давление, то М. р. равпа изменению термодина.нического потенциала. Поскольку реальные процессы необратимы, то работа, произведенная к.-л. системой, всегда меньше М, р. [c.126]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...