created:02-28-2022
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可逆过程和不可逆过程

什么是可逆过程?可逆过程是一种假想的无限缓慢的过程。比如每次往一个系统中添加一点点物质,它的逆过程就是从系统中拿走无限小的一点点物质。

因此一个可逆过程必定是一个平衡的过程,而不平衡的过程则是不可逆过程。现实中所有过程都是不可逆过程。

为什么可逆过程可以做最大的功

可逆过程中丢失到环境中的热要比不可逆过程少,因此可逆过程能够做最多的功。

下面是一个简单的气体膨胀的例子可以帮助理解可逆过程是如何做最大功的:

可逆过程和不可逆过程

如图左侧气体推动活塞向右侧膨胀,那么:

  • 可逆过程是:每次减小外部压力(\(p_{ext}\))一点点。压缩也是如此。
  • 而不可逆过程是:快速减小外部压力(\(p_{ext}\))。

最后,两个过程所做的功对比图:

可逆过程做最大功

可见,可逆过程(左)所做的功(图中阴影面积)要大于不可逆过程(右)。

为什么呢?

因为做功(\(w = Fs\))由力和沿力方向移动的距离决定。而可逆过程可以保证,力\(F\)在整个过程中每次只减少一点点,而不可逆过程是力的骤降,结果是距离相同,可逆过程做的功要大于不可逆过程。

参考

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