04 不可逆过程的热力学解析
热力学第二定律热力学不可逆性
热力学第二定律热力学不可逆性热力学第二定律：热力学不可逆性热力学第二定律是热力学的基本定律之一，它揭示了自然界中一种普遍存在的现象——不可逆性。
不可逆性代表了热力学系统的一个重要性质，它使得热力学过程具有方向性，并定义了自然界中广泛存在的一类现象。
本文将对热力学第二定律的概念、原理、应用以及与不可逆性的关系进行探讨。
1. 热力学第二定律的概念热力学第二定律是描述热力学过程方向性的定律，它可以从两个不同的角度进行解释。
一种解释是基于热力学均衡态的概念，也被称为克劳修斯表述，即在孤立系统中不存在能够自发进行的热量从低温物体传递到高温物体的过程。
另一种解释是基于熵增的概念，也被称为德鲁第表述，即在孤立系统中熵的增加是自发进行的，而熵不会自发减少。
2. 热力学第二定律的原理热力学第二定律的原理主要包括卡诺定理和熵增原理。
卡诺定理是热力学第二定律的一个重要推论，它规定了在任意两个热源之间工作的最高效率的理论上限，也被称为卡诺效率。
熵增原理指出，孤立系统的熵在自然过程中不断增加，而熵增对应着系统中能量转化的不可逆性。
3. 热力学第二定律的应用热力学第二定律在工程实践中有着广泛的应用，其中最为重要的应用之一是热力机械功的限制。
根据热力学第二定律，热机的工作必须排放一部分热量到冷库，因此无法将全部热量完全转化为功，存在理论上功率的上限。
另外，热力学第二定律还解释了自然界中一些重要现象，如热传导、扩散和化学反应等。
4. 热力学第二定律与不可逆性的关系热力学第二定律的实质就是不可逆性的表征。
在自然界中，热力学系统中的过程具有方向性，能量转化的过程是不可逆的。
不可逆性源于系统与外界之间的热量交换和物质传递，它导致系统中的熵不断增加，从而限制了能量转化的效率。
不可逆性是自然界中广泛存在的一类现象，与我们日常生活中的摩擦、能量损失等现象密切相关。
总结：热力学第二定律是热力学中描述热力学过程方向性和不可逆性的基本定律。
它的概念、原理和应用对于我们理解自然界中一系列现象以及工程实践具有重要意义。
可逆以及不可逆过程热力学二定律
第四章 热力学基础
11
物理学
4-4 可逆和不可逆过程 热力学第二定律
第五版
热力学第二定律的实质 自然界一切与热现象有关的实际宏观过
程都是不可逆的 . ➢ 热功转换 功
完全 热
不完全
有序 自发 无序
➢ 热传导 高温物体 自发传热 低温物体 非自发传热
物理学
4-4 可逆和不可逆过程 热力学第二定律
第五版
4-4-1 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, 而且不引起其 它变化, 这样的过程叫做可逆过程 .
AB
准静态无摩擦过程为可逆过程
不可逆过程：在不引起其它变化的条件下，不能 使逆过程重复正过程的每一状态，或者虽能重复但必 然会引起其它变化，这样的过程叫做不可逆过程.
物理学
4-4 可逆和不可逆过程 热力学第二定律
第五版
4-4-3 热力学第二定律的描述
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.
A
第四章 热力学基础
6
物理学
第五版
一
4-4 可逆和不可逆过程 热力学第二定律
热力学第二定律的两种表述
第五版
4-4-4 热力学第二定律的数学表示 熵
熵
SklnW
W 热力学概率（微观状态数）、 无 序度、混乱度.
（1）熵的概念建立，使热力学第二定律得到 统一的定量的表述 .
（2）熵是孤立系统的无序度的量度.（平衡态熵 最大.）（W 愈大，S 愈高，系统有序度愈差.）
不可逆过程热力学理论
不可逆过程热力学理论不可逆过程热力学理论是热力学中的一个重要分支，其研究的是热力学系统内发生的不可逆现象以及相关的热力学性质。
不可逆过程热力学理论的研究对于理解自然界中众多的不可逆现象以及提升工程和技术应用中的能量转化效率具有重要的意义。
不可逆过程是指系统从一个平衡态转变为另一个平衡态的过程中，如果与其它系统或者外界接触，将会引起系统与外界间的能量、质量和动量交换，从而导致系统和外界不可逆的相互作用。
热力学第二定律给出了不可逆过程的现象以及其对应的熵变表达式，即系统熵的增加不可逆性，是不可逆过程的基础。
不可逆过程热力学理论的核心是热力学第二定律，熵的概念扮演了重要的角色。
熵是一个用来描述系统无序程度的物理量，可以理解为一个系统的混乱程度。
熵的增加意味着一个系统朝着更加无序的状态发展，而熵的减少则意味着系统趋向于更加有序的状态。
根据热力学第二定律，任何一个孤立系统的熵都不会减少，而只能增加或者保持不变。
根据热力学第二定律，熵的增加是自然界中不可逆过程的普遍规律。
这种熵的增加与热能的转化损失和散逸有关，说明不可逆过程中存在着能量转化的低效率。
以摩擦力产生的热量为例，其中大部分能量不会转化为有用的功，而是以废热的形式散失到周围环境中，从而增加了系统以及它所处的环境的熵。
不可逆过程热力学理论除了熵的概念，还引入了其他一些相关的量，如化学势、耗散函数等来描述系统的性质。
化学势是一个描述系统中粒子数变化的重要物理量，它对不可逆过程中物质的转化和输运有着重要的作用。
耗散函数是描述系统内部、系统与环境之间能量转化的过程中所损失的能量的函数。
耗散函数的引入极大地提升了对不可逆过程的研究和描述的能力。
不可逆过程热力学理论的研究对于众多领域都具有重要的应用价值。
在工程和技术中，不可逆过程热力学理论可以用来分析和优化能源转化系统的效率，提升能源利用的效率。
此外，不可逆过程热力学理论也可以应用于生物学、化学、地理学等领域中的研究，分析和解释不同过程中的不可逆现象，提供理论支持和指导。
第七节可逆过程和不可逆过程卡诺定理
第七节可逆过程和不可逆过程卡诺定理可逆过程和不可逆过程是热力学中非常重要的概念。
卡诺定理则是描述了一个理想的热机的最高效率。
本文将对可逆过程和不可逆过程以及卡诺定理进行详细的解释。
可逆过程指的是在热力学系统中，系统经历的过程是可逆的，即系统在这个过程中可以在任何阶段都可以在微观和宏观层面上逆转，使得系统可以恢复到原来的状态。
可逆过程具有以下几个特点：1.可逆过程是一个平衡过程，系统在这个过程中始终处于平衡状态。
2.系统在可逆过程的每个阶段都与外界处于接触，并可以进行无限小的温度和压强的变化。
3.可逆过程是一个准静态过程，即过程中没有产生任何的涡旋、不均匀性或者阻力，所有过程都是可逆的。
4.可逆过程是热量和功的交换过程中效率最高的过程。
相反，不可逆过程则是指系统在经历这个过程后无法完全恢复到原来的状态。
不可逆过程具有以下特点：1.不可逆过程是一个非平衡的过程，系统在这个过程中不处于平衡状态。
2.不可逆过程中会产生不可逆性损失，包括摩擦、散热等。
3.不可逆过程是一个动态过程，其中会产生涡旋、不均匀性和阻力等。
卡诺定理是热力学中非常重要的原理，它给出了一个理想的热机的最高效率。
卡诺定理的表述如下：1.如果一个热机以两个恒温热源之间的热量的交换为基础，在假设无内部损失的情况下，那么这个热机的效率将是最高的。
2.如果两个恒温热源的温度分别是T1和T2（T1>T2），那么理想热机的最高效率η最高可以表示为：η最高=1-T2/T13.卡诺定理中的温度是绝对温度，即开尔文温度。
卡诺定理指出了一个理想的热机的最高效率，这被称为卡诺效率。
卡诺效率只取决于热源的温度，而不取决于工作物质的性质。
卡诺效率告诉我们，无论是什么样的热机，只要它按照卡诺循环工作，并且利用两个恒温热源的温度差，就可以获得最高的效率。
实际上，实际热机的效率总是低于卡诺效率的，因为它受到了内部损失的影响，包括摩擦、散热等。
在实际应用中，热机的效率往往接近于卡诺效率，而这取决于系统的工作条件、材料的选择和现实的限制。
不可逆过程热力学的基础理论及应用
不可逆过程热力学的基础理论及应用热力学是物理学的重要分支之一，它研究的是物质的热现象。
在生产生活中，我们经常需要利用热力学知识来解决各种实际问题。
作为热力学的一个重要分支，不可逆过程热力学是热力学中的研究热现象的一个重要方向。
一、不可逆过程热力学的基础理论不可逆过程热力学是热力学中研究不可逆过程的一门学问。
热力学的基本定律是能量守恒定律和熵增定律。
能量守恒定律是指一个系统中能量的总和是不变的。
熵增定律是指一个封闭系统中，不可逆过程引起的熵增是不可避免的。
为了解释不可逆过程，我们必须引入热力学中的“热力学势”。
在热力学中，我们用能量变化加上各种势引起的效应来描述热现象。
例如，由于压缩会引起一些能量的变化，所以我们必须考虑压力势。
同样，化学反应也会引起能量的变化，所以我们必须考虑化学势。
不可逆过程热力学的基础理论中还有一个非常重要的概念：熵。
熵可以用来度量系统的混乱程度。
换句话说，熵是系统不可逆性的度量。
在任何封闭系统中，熵总是增加的。
这就是热力学中的熵增定律。
二、不可逆过程热力学的应用在实际应用中，不可逆过程热力学是非常重要的。
下面我们来看两个例子。
1.汽车发动机汽车发动机是一个热力学系统。
它把燃料的能量转化为机械能。
发动机的工作过程中，需要做的功就是从燃料中获得能量并将其转化为机械能。
这个过程是可逆的。
但是，在实际应用中，发动机的工作过程中会发生很多不可逆过程，例如摩擦、冷却等。
这些不可逆过程会引起熵的增加，从而降低发动机的效率。
因此，如果我们想让汽车的效率更高，就必须尽量降低不可逆过程的发生。
2.制冷系统冰箱、空调和水冷机等制冷系统也是热力学系统。
它们的主要工作原理是利用制冷剂的相变和热力学循环来达到降温的效果。
这个过程本身是可逆的。
但是，在实际应用中，制冷系统也会发生很多不可逆过程。
例如，在制冷循环中，制冷剂会发生不可逆的摩擦和热传递等过程，从而引起熵的增加。
因此，为了提高制冷系统的效率，我们必须尽量消除不可逆过程。
不可逆过程热力学理论
★自组织现象
系统内部由无序变为有序使其中大量分子按一定的规律运动的现象 生命过程的自组织现象 ► 各种生物都是由各种细胞按精确规律组成的高度有序的机构： ☺人大脑是由150亿个左右神经细胞组成的极精密及有序组织； ☺每个细胞至少含有1个DNA（或RNA），1个DNA分子可能 由108~1010个原子组成，这些原子构成4种不同的核苷酸碱基 (腺嘌呤A,胸腺嘌呤T,鸟嘌呤G,胞嘧啶C），他们都与糖基S连 接，糖基又与磷酸基P交替组合成长链。每个DNA分子有两个 长链，他们靠A和T以及G和C间的氢键结合在一起，环绕成螺 旋状。各种机体不同，长链中A—T对和C—G对可多至106~109 个，按一定严格次序排列。一个生物体的全部遗传信息都编码 在这些核苷酸碱基排列的次序中！而这种结构的来源是生物的 3 食物中无序的原子！
7
线性非平衡态热力学—— 研究外界影响产生的促使变化的势（如T、p）不大， 因而在系统内引起的响应（如热流或位移）也不很大， 可近似认为二者间为简单的线性关系（此时可认为系统 对平衡态的偏离很小）的状态下系统行为的热力学。 最小熵产原理（普里高京，1945）—— 在接近平衡态的条件下，和外界强加的限制相适应的非平 衡稳定状态的熵产Sg具有最小值。 —线性非平衡态热力学的重要原理
不可逆过程 热力学的基 本方程。
11
随着控制参数进一步改变，各稳定分支又 会 变得不稳定而导致所谓二级分支或高级 分支现象。 高级分支现象说明系统在远离平衡态时， 可以有多种可能的有序结构，因而使系统可 表现出复杂的时空行为。这可以用来说明生 物系统的多种复杂行为。在系统偏离平衡态 足够远时，分支越来越多，系统就具有越来 越多的相互不同的可能的耗散结构，系统处于哪种结构完全是随 机的，因而体系的瞬时状态不可预测。 这时系统又进入一种无序 态，叫混沌状态，它和热力学平衡的无序态的不同在于，这种无 序的空间和时间的尺度是宏观的量级，而在热力学平衡的无序中， 空间和时间的特征大小是分子的特征量级。从这种观点看，生命 是存在于这两种无序之间的一种有序，它必须处于非平衡的条件 下，但又不能过于远 离平衡，否则混沌无序态的出现将完全破坏 生物的有序。近年来对混沌现象的研究取得了令人鼓舞的进展。 12 人们不仅在理论上发现了一些有关发生分支现象和混沌现象的普 遍规 律，并且已在自然界中和实验室内观测到了混沌现象。
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。
04不可逆过程的热力学解析
04不可逆过程的热力学解析不可逆过程是指系统在进行过程的过程中，无法完全恢复系统原来的热力学状态的过程。
这种过程是不可逆的,与可逆过程相对。
可逆过程是指系统在进行过程的过程中，可以通过无限慢地调整过程条件，使得系统在过程结束时可以完全恢复到其原始状态的过程。
在可逆过程中，系统与外界之间的相互作用是躲避的，能够达到最大程度地利用能量。
但是在许多实际情况下，这种理想状态很难实现，因此产生了不可逆过程。
不可逆过程存在一定的耗散。
在一个热力学系统中，能量和熵是不可逆过程的两个基本概念。
1.能量耗散：不可逆过程会导致能量的损失。
例如，当一个物体在一个高温环境中放置时，其温度会逐渐降低，直到和环境温度相等。
这个过程中，物体的热能会转移到周围的环境中。
因为热能是不可逆过程的一种消耗形式，这种能量的耗散是不可逆过程中的一个重要特征。
2.熵的增加：熵是一个衡量系统无序程度的物理量。
不可逆过程会使系统的熵增加。
例如，当一个气体从一个密封的容器中流出时，气体的分子会向更大的空间扩散，增加了系统的无序程度。
这个过程导致系统的熵增加。
物理学中，熵是一个非常重要的概念，它对于不可逆过程的研究很有帮助。
熵增定律指出，在孤立系统中，熵不会减少，而是随着时间的推移而增加。
这也是不可逆过程的一个重要特征。
不可逆过程的热力学解析可以通过两种方法进行：微观和宏观。
从微观角度来看，不可逆过程可以通过考虑系统的分子运动和相互作用来解释。
通过使用统计力学的方法，研究系统的微观状态和概率分布，可以得到不可逆过程的一些定量描述。
从宏观角度来看，不可逆过程可以通过考虑系统的热力学性质来解释。
通过研究系统的热力学状态和性质，如熵的增加、能量的耗散等，可以对不可逆过程进行一些定性和定量的解释。
总之，不可逆过程是一个热力学中重要的概念。
不可逆过程的研究可以帮助我们理解自然界中许多实际过程和现象，如热传递、能量转换等。
不可逆过程的热力学解析可以通过微观和宏观两种方法进行，并且需要考虑能量的耗散和熵的增加等因素。
04 不可逆过程的热力学
deS为体系与环境所交换的熵，其符号可正，可负，可为零。
过程的耦合：
熵是一个广度性质，若将一个体系划分为几个部分，则体系的 总熵应为各部分熵变的总和： diS=(diS)j (6) 若把每个小部分视为一个小的体系，其内部的熵变均不会小于 零： (diS)j 0 故对于任何体系，不论将体系如何划分，均不可能出现下列情 况： (diS)1 0 (diS)2 0 [di(S1+S2)] 0 即体系的任一局部，其熵的内部变化(diS)均遵守熵增定律。
( A A1i A2 j A3k )
流密度是一个矢量场；散度是一个标量场。
比较(3)式和(4)式，dQ/dt应该是相等的，故有：
（ Q t, r ) t
jQ (t , r )
(5)
(5)式即为守恒量所遵守的一般连续性方程。
2、质量守恒方程：
体系中各组分的质量的变化途径一般有两种：
第四章 非平衡态热力学
（不可逆过程的热力学）
平衡态热力学回顾
一、热力学第一定律
dE = Q－ W (1) 式中：E：体系的内能；Q：热量；W：功。 对于孤立体系，有： dE=0 (E为恒量) 对于一般体系，因为体系与环境间存在能量的交换，故内能E 的值是不断变动的，体系内能的变化可以分为两项： diE：体系内部过程所引起的内能变化； deE：与环境的交换引起的内能变化。 而diE相当于孤立体系的内能的变化，由热力学第一定律，孤 立体系的内能是恒定的： diE 0 (2)
一、非平衡态体系状态的描述：
在经典热力学中，相图中的相点描述的是热力学平衡态，非平 衡态在相图中无法表示。究其原因： 平衡态只需要极少数变量就可完全确定其状态，如理想气体: 用(T,V,N)或(T,p,V) 就可完全决定确定其平衡态的性质，而 不可能确定其非平衡态的性质。
不可逆过程的分析
不可逆过程的分析1.热力学不可逆性：热力学不可逆性是不可逆过程的一种表现形式。
在自然界中，热量从高温物体传递到低温物体是一个不可逆过程。
这是因为能量的传递是不可逆的，热量会自发地由高温物体流向低温物体，而不会反向流动。
这符合热力学第二定律的表述，即熵增定律。
熵是描述系统混乱程度的物理量，热力学第二定律指出，孤立系统的熵只能增加，不可能减小。
因此，热能转变为机械能的过程是不可逆的。
2.过程不可逆性与时间箭头：过程不可逆性与时间箭头存在密切关系。
在自然界中，时间的流动具有唯一方向，即从过去到未来。
这就意味着，自然界中许多过程只能向前进行，不能逆向发生。
例如，热气体与冷气体之间的传热过程，热量从高温气体传递到低温气体，而不会反向流动。
时间箭头的存在决定了这些过程的不可逆性。
3.不可逆过程的熵增：不可逆过程的另一个显著特征是熵的增加。
熵是一个宏观物理量，描述了系统的无序程度。
根据热力学第二定律，不可逆过程中系统的熵必定增加。
熵增加是因为不可逆过程中能量转化的不完全性和能量损失的存在。
例如，热机的工作过程中，热能转变为机械能的效率不可能达到100%，一部分能量会以热量的形式散失到环境中，导致系统的熵增加。
4.不可逆过程的能量损失：不可逆过程中存在能量的损失。
在自然界中，能量转换的过程总是伴随着能量的散失或损耗。
这是由于热量只能从高温物体传递到低温物体，不可能完全转变为机械能或其他形式的能量。
能量的损失导致了系统整体能量的减少，从而造成了能量的不可逆转换。
5.不可逆过程的不可恢复性：一旦发生不可逆过程，系统就无法恢复到初始状态。
这是由于能量和信息的损失，在转变过程中发生。
例如，摩擦现象是一种典型的不可逆过程，摩擦会导致能量的损耗和系统的热量增加。
摩擦使得能量不可逆转换，不可恢复到系统的初始状态。
因此，不可逆过程是一个不可恢复的过程。
总结起来，不可逆过程是指系统从一个状态转变为另一个状态的过程，具有热力学不可逆性、过程不可逆性与时间箭头、熵增、能量损失和不可恢复性等特征。
热力学不可逆过程
热力学不可逆过程
热力学不可逆过程指的是在过程中存在不可逆性质，无法完全恢复原状态的热力学过程。
这些过程通常涉及能量的转化和熵的增加。
在热力学中，可逆过程是指系统从初始状态经过一系列无限小的变化，最终返回到原始状态，而系统和环境之间没有净热量和净功的交换。
可逆过程是理想的热力学过程，但在现实中很少发生。
相对于可逆过程，不可逆过程在经历变化后无法恢复到原来的状态，其特点是存在熵的增加。
熵是热力学中用来描述系统无序程度的量，不可逆过程的熵增表示系统和环境之间的热量流失，熵增的趋势是系统朝着更高的无序状态发展。
不可逆过程的一个常见例子是热传导，对于两个具有不同温度的物体，它们之间存在温度梯度，热量会从高温物体流向低温物体，直到两个物体达到热平衡。
这个过程是不可逆的，因为它违反了热量只能从高温向低温传递的热力学第二定律。
另一个例子是气体的膨胀过程，当气体被压缩时，其分子间的相互作用增加，熵减少；而当气体膨胀时，其分子间的相互作用减小，熵增加。
由于不可逆性，系统无法在膨胀过程结束之后完全恢复到初始状态。
总而言之，热力学不可逆过程是指无法完全恢复初始状态且存
在熵增的热力学过程。
它们是现实世界中常见的过程，但与理想的可逆过程相比，存在着能量損失和无序增加的特点。
热力学中的可逆过程与不可逆过程
热力学中的可逆过程与不可逆过程热力学是研究能量转化与能量传递的学科，涉及到了许多重要的概念与原理。
其中，可逆过程与不可逆过程是热力学中的两个重要概念，它们对于各个工程领域和自然科学研究都具有重要意义。
本文将就这两个概念进行探讨，旨在深入了解这两个过程的特点与应用。
一、可逆过程可逆过程是指在系统内发生的过程可以在给定的条件下以相同的顺序反转，达到与初始状态完全相同的过程。
简而言之，可逆过程是可逆的，可以在任何时候完全逆转过程而不产生任何不可逆性和额外的能量损失。
在可逆过程中，系统内的能量转化是无损失的。
一个典型的例子是理想气体的绝热膨胀和绝热压缩。
在绝热条件下，理想气体的膨胀和压缩可以看作是两个可逆过程。
在膨胀过程中，理想气体通过缓慢而均匀地将容器的体积扩大，外部环境对气体进行功的做用将气体的压强降低，使气体内部的分子自发地做功，气体的温度下降，最终达到平衡态。
而在绝热压缩过程中，正好相反，气体的体积缩小，温度升高，最终也可以达到平衡态。
整个过程中，无论是膨胀还是压缩，系统内的能量转化都是完全可逆的，没有能量损失。
二、不可逆过程不可逆过程与可逆过程相反，是指系统中发生的不能在给定条件下逆转的过程。
不可逆过程会导致能量的不可逆转化和能量损失。
在不可逆过程中，系统内的能量转化是有损失的。
例如，我们常见的阻力会造成机械系统的损耗。
当我们让车辆在水平面上运动时，车轮与地面之间的摩擦力会导致能量的损耗，这是一个不可逆过程。
无法将已经转化成摩擦热的能量再次转化回机械能。
另外，自然界中的热传导现象也是不可逆过程的一种。
热传导是指高温物体的热能通过接触媒介传递给低温物体的过程，这个过程是无法逆转的。
热传导的性质决定了热能会自发地从高温物体传递到低温物体，而不会相反。
不可逆过程是现实生活中普遍存在的，它们经常与能量转化和能量损失相关。
不可逆过程是因为存在各种能量转化的限制与损失，无法实现理想化的完全逆转。
三、可逆过程与不可逆过程的应用虽然不可逆过程存在能量转化损失的问题，但在实际应用中，不可逆过程却发挥了重要作用。
不可逆过程热力学简介
TdS dU pdV i dNi
注意：该式对于小系统元近似成立，但对整个系统不成立。 如果忽略体积变化，则基本方程为
Tds du i dni
S ——局域熵密度 s V U ——内能密度 u V Ni ——粒子数密度 ni V
5.热力学第二定律和熵产生率
热力学第二定律对不可逆过程有
散度的定义是：
A1 A2 A3 A A A1i A2 j A3k x y z 于是可得 d (t , r ) d J Q (t , r )d dt V V
d (t , r ) J Q (t , r ) dt
此式为守恒量所遵守的一般连续性方程。
di S 0
dQ dS de S Te
定义熵产生率 i s ——单位时间单位体积内的熵产生 t 则熵密度随时间的变化率为 s e s i s e s t t t t 因为右方第一项是由于系统元从周围环境吸收热量引起的变化，它 可表达为
e s J s —— Js熵流密度 t
第五章 不可逆过程热力学简介
§5.1 不可逆过程热力学方程
1.平衡态热力学和不可逆过程
平衡态热力学由热力学三个定律作为基础构筑而成。由平衡态热 力学得到的结论，至今未有与实践相违背的事实。对于非平衡态 和不可逆过程，从平衡态热力学只能够得到非常有限的信息
热力学中的热力学不可逆性的分析
热力学中的热力学不可逆性的分析热力学是研究能量转化和传递的科学领域，它研究的对象包括热力学平衡的系统以及热力学非平衡的过程。
而热力学不可逆性是指在热力学系统中存在的不可逆过程，即无法完全恢复到初始状态的过程。
本文将从理论和实践两个方面对热力学不可逆性进行分析并探讨其影响。
一、理论分析1. 熵增原理熵增原理是热力学中描述不可逆过程的重要定律，它指出在孤立系统中，总熵只能增加或保持不变，而不能减少。
这意味着自然界中的过程往往趋向于无序状态。
例如，将一个热杯放置在室温下，热量会从热杯传递到环境中，热杯的温度会逐渐降低，而环境的温度会逐渐升高，整个系统的熵会增加。
2. 热力学过程的可逆性和不可逆性热力学过程可以分为可逆过程和不可逆过程。
可逆过程是指系统在无限小时间内可逆转的过程，它的特点是完全可逆的能量转化，没有任何能量损失；而不可逆过程则是指系统在有限时间内发生的过程，它的特点是在能量转换中存在能量损失或转化不完全的情况。
例如，摩擦会使得机械能转化为热能，从而导致能量的损失。
3. 热力学不可逆性的来源热力学不可逆性可以从宏观和微观两个角度来解释。
宏观上，不可逆性来源于能量转化的损失和热量传递的不均匀。
微观上，不可逆性源于分子之间的碰撞和自由度的限制。
无论是宏观还是微观，不可逆性都与能量的散布和熵的增加有关。
二、实践分析1. 热机效率热机效率是评估热力学系统可逆性的重要指标，它定义为输出功率与输入热量之比。
根据卡诺热机的理论，理想情况下，热机效率达到最高值，而实际热机的效率则低于理论值。
这是由于热机存在摩擦、热损失和机械损耗等不可逆过程导致的。
2. 热传导热传导是热力学中常见的热量传递方式，它是指热量沿温度梯度的传递过程。
然而，在实际的热传导过程中，总会存在热阻和温度梯度的不均匀分布，从而导致能量的损失和系统熵值的增加。
3. 物质传输除了热传导，物质在热力学系统中的传输也存在不可逆性。
例如，溶质在溶液中的扩散过程，由于分子之间的碰撞和熵的增加，使得溶质难以完全均匀分布，从而导致不可逆性的发生。
热力学知识：热力学中可逆过程和不可逆过程
热力学知识：热力学中可逆过程和不可逆过程热力学是研究热能转化和传递的科学，涉及到能量、功和热量等概念，其中可逆过程和不可逆过程是热力学中重要的两个概念。
在本文中，我们将通过介绍可逆过程和不可逆过程的定义、特点、应用和实例来深入探讨这两个概念。
一、可逆过程可逆过程是指在系统与外界之间进行的能量交换过程中，系统状态可以在任何时候被逆转回来的过程。
具有可逆性是指过程从始至终都在平衡状态下进行，系统对外界和自身的影响不发生永久性、不可逆的变化，也就是说，该过程能够在任意时刻短暂地停止而不影响系统的状态。
可逆过程是一种理想状态，能够充分利用能量，并在最少的热损失下完成能量的转化和传递。
可逆过程的特点如下：1.系统与外界之间完成的能量交换是无限缓慢的，即没有热流或温度梯度的存在。
2.在过程中，系统和外界的量变是绝对平衡的，所以系统处于不变的平衡状态。
3.在可逆过程中，能量转化的总量是不变的，即热能和功相等。
4.可逆过程一般需要调整系统的状态和参数，例如：调节压力、温度、湿度等，以使得系统保持平衡。
可逆过程在工程和科学领域中有广泛的应用。
例如，在汽车引擎中，汽油和空气的混合物燃烧会驱动汽车向前移动，而可逆过程是将这种能量转化过程从内燃机转移到其他设备中，以提高汽车的效率。
在制冷和空调系统中，空气被通过可逆过程的方式制冷，这样系统就可以逆转制冷过程，将热能从室内返还至室外。
可逆过程还被应用于有机化学反应和生产中。
二、不可逆过程不可逆过程是指系统通过与外界交换能量而发生的永久性、不可逆的变化过程，这是一种不完全的过程，它不符合可逆过程的各项条件和特点。
在不可逆过程中，系统无法实现将能量转化为其他形式的最大潜力，也就是说，在能量转化的过程中，总会存在一定程度的能量损耗。
不可逆过程是工程和科学中不可避免的现象，无论是机械运动还是化学反应，都会存在不可逆性。
不可逆过程的特点如下：1.过程中存在着熵的增加，即热能转化为其他形式的能量会破坏系统的有序性，使其更趋于随机性。
8.10__可逆过程和不可逆过程
8.10__可逆过程和不可逆过程可逆过程和不可逆过程是热力学中的两个重要概念。
可逆过程是指在热力学系统中，物理、化学和热学过程满足于一定的条件下可以回到原来的状态的过程。
不可逆过程则是指这种过程不可被完全逆转，不能回到原来的状态。
本文将从热力学的角度来理解这两个概念，分析它们之间的区别、联系以及实际生活中的应用。
一、可逆过程的特征1、定义可逆过程指的是，物理、化学和热学过程在一定的条件下，可以恢复到原来的状态的过程。
这里所说的条件，指的是系统与外界的交换热、物质和功的条件。
当这些条件满足时，系统发生的过程是可逆过程。
2、特征（1）可逆性：可逆过程是可逆的，也就是说它可以任意逆转，并且可以回到原来的状态。
（2）稳态：在可逆过程中，系统保持稳态，这意味着温度和其他宏观变量随时间不变。
（3）熵不变：在可逆过程中，系统的熵保持不变。
这是因为在可逆过程中，热量是沿着温度梯度流动的，而熵是热力学热力学基本方程的绝对温度的函数。
（4）热力学效率最大：在可逆过程中，热力学效率达到了最大值。
也就是说，所消耗的热量与所得到的功之间的比值最大。
（3）熵增加：在不可逆过程中，系统的熵会增加。
这是因为在不可逆过程中，能量只能朝着一个方向进行转移，因此系统的熵只能增加。
三、可逆过程与不可逆过程的区别1、热力学效率可逆过程的热力学效率为最大值，而不可逆过程的热力学效率不是最大的。
2、熵变可逆过程熵不变，而不可逆过程熵增加。
这是因为在可逆过程中，系统与外界的交换是在可逆的过程中进行的，而在不可逆过程中，交换是在不可逆的过程中进行的。
3、过程方向可逆过程可以逆向进行，而不可逆过程不可以。
4、稳态可逆过程中，系统保持稳态，而不可逆过程中，系统偏离平衡态。
在实际应用中，可逆过程是很难实现的。
但是，在一些特定的条件下可以实现可逆过程，例如低温实验、超导等领域。
可逆过程的一个重要应用是在热力学循环中，如卡诺循环中。
2、不可逆过程不可逆过程在现实生活中是很常见的，如热机、制冷机、发电机、发动机等。
不可逆过程热力学
不可逆过程热力学
不可逆过程热力学是研究不可逆过程中热力学现象的宏观理论。
它主要用于描述在不可逆过程中，物理系统的热力学现象和相关的能量转化过程。
这个理论主要关注的是系统在经历一个过程后，如何借助外界的帮助才能回到原来状态从而留下痕迹，这样的过程被称为不可逆过程。
具体来说，不可逆过程热力学涉及到的内容包括：
1.热力学第二定律指出，自然界中一切与热现象有关的宏观过程都是不可逆的。
这意味着，例如水不可能自发的从低处往高处流，必须借助帮助例如抽水机，但却消耗了电能，给外界留下了痕迹。
2.在不可逆过程中，系统会经历一种方向性，这种方向性是由系统的内在性质和外部环境共同决定的。
3.不可逆过程热力学还关注如何借助外界的帮助实现这个过程，但要引起外界的变化。
例如，热量从高温向低温传递时，必须借助外界的帮助如热机，但在这个过程中，热量转化为机械能并对外界做功，使得系统的熵（代表无序度的物理量）增加。
需要注意的是，不可逆过程热力学是一种宏观理论，对于非平衡态现象的解释终究是有限度的。
对于更深入的理论，需要借助非平衡态统计物理学等更微观的理论来完成。
不可逆过程的原理
不可逆过程的原理不可逆过程是指系统发生的物理变化或化学反应中，无法逆转的过程。
这种过程具有以下特点：无法回复到初始状态、总熵增加、无法完全转化为功、不满足平衡条件等。
不可逆过程的原理主要涉及热力学第二定律和微观动力学。
热力学第二定律指出，在孤立系统中，任何过程总是使系统的熵增加，即自然界中不可逆的趋势。
微观动力学则描述了系统中微观粒子的运动，通过这些微观过程，可以解释为什么不可逆过程会发生。
首先，我们来看热力学第二定律。
根据该定律，孤立系统中的熵总是趋向于增加。
熵是描述系统混乱程度的物理量，在不可逆过程中，系统会从有序状态转变为无序状态，从而使熵增加。
这种趋势是不可逆的，因为系统的初始状态包含了特定的信息，而无序状态下的信息量更大，所以系统无法回复到初始状态。
其次，微观动力学对不可逆过程的解释起到了重要作用。
微观动力学描述了系统中粒子的运动和相互作用，在不可逆过程中，这些微观粒子会发生一系列不可逆的碰撞和相互作用。
例如，气体分子之间的碰撞会导致能量和动量的转移，从而产生热力学过程中常见的现象，如热传导、扩散和粘滞等。
这些过程都是由于粒子的微观运动而引起的不可逆变化。
此外，不可逆过程还不满足平衡条件。
平衡态是指系统各项参数和宏观性质不随时间变化的状态。
而不可逆过程是偏离平衡态的过程，其发生的条件是系统与外界存在温度差、压力差、浓度差等非平衡条件。
这些非平衡条件导致了系统内部的不均匀性和施加在系统上的做功。
由于这些条件的存在，系统无法达到平衡态，而是会出现不可逆的物理变化。
此外，不可逆过程还具有能量无法完全转化为功的特点。
能量转化的效率由热效应度量，即转化为有用功的能量与全过程消耗的能量之比。
对于不可逆过程，由于能量的散失和转换的不完全性，能量的利用效率低于可逆过程。
例如，内燃机的燃烧过程中，只有一部分能量转化为机械功，而大部分能量以热的形式散失，这是无法逆转的。
总之，不可逆过程的原理在于热力学第二定律的不可逆趋势和微观动力学中微观粒子的运动和相互作用。
不可逆过程热力学的翁萨格原理
不可逆过程热力学的翁萨格原理1. 概述热力学是研究能量转化和传递的科学，而不可逆过程热力学则是研究非平衡态系统的行为和性质的科学。
在不可逆过程热力学中，翁萨格原理是一个非常重要的定律，它揭示了不可逆过程的基本特征，对理解能量转化和传递过程有着重要意义。
2. 翁萨格原理的提出翁萨格原理是由匈牙利裔物理学家翁萨格在19世纪提出的。
他发现了热力学第二定律的重要内容，并提出了不可逆过程热力学的基本原理。
翁萨格原理认为，在任何不可逆过程中，总是伴随着熵的增加。
3. 熵的概念在热力学中，熵是系统的一种状态函数，表示系统的无序程度或混乱程度。
熵增加意味着系统的无序程度增加，系统朝着更加混乱的状态发展。
翁萨格原理强调了熵的增加是不可逆过程的本质特征，也是热力学第二定律的基本内容之一。
4. 不可逆过程热力学的研究对象不可逆过程热力学是研究非平衡态系统的行为和性质的科学。
在现实生活中，我们所观察到的大多数过程都是不可逆的，比如热传导、摩擦、扩散等。
这些过程都伴随着能量的转化和传递，翁萨格原理的提出为研究这些不可逆过程提供了重要的理论基础。
5. 翁萨格原理的重要性翁萨格原理的提出对于我们理解自然界的行为和性质具有重要意义。
不可逆过程热力学的研究不仅有助于我们深入理解能量转化和传递的机理，也对于工程技术的发展有着重要的指导意义。
通过对不可逆过程热力学的研究，我们可以更好地优化工程系统，提高能源利用效率，保护环境。
6. 结论翁萨格原理是不可逆过程热力学的基本原理之一，它揭示了不可逆过程的基本特征，对于我们理解自然界的行为和性质具有重要意义。
不可逆过程热力学的研究有助于我们深入理解能量转化和传递的机理，对于工程技术的发展有着重要的指导意义。
通过对不可逆过程热力学的研究，我们可以更好地优化工程系统，提高能源利用效率，保护环境。
7. 不可逆过程热力学的应用翁萨格原理所呈现的不可逆过程热力学的基本特性不仅对理论研究具有深远影响，同时在工程技术和实际生活中也有着广泛的应用。
不可逆过程热力学简介
(i 1,2,..., n)
Lik： i＝k—单一现象动理系数； i≠k—交叉动理系数。 物理意义：一个单位的第k 种力所引起的第i种量的迁移
J1 L11 J 2 L21 J n Ln1 L12 L22 Ln 2 L1n X 1 L2 n X 2 ˆ L X Lnn X n
J k J k ( X1 , , Xl , )
对上式在平衡态附近作泰勒展开：
J k 1 2 Jk J k J k (0) Xl Xl Xm 2 l ,m X l X m 0 l X k 0
当所有的动力都为零时，流量也将为零，所以Jk(0)=0，定义
1 1 J s , J q X q J n X n , X q , X n T T T Xq和Xn分别称为热流动力和粒子流动力。
当多个不可逆过程同时存在时，局域熵产生率一般可以表示为各 种不可逆过程的流与力的双线性函数
Jq
Jk X k
k
§5.2 昂萨格（Onsager）倒易关系
系统元
t
系统
3.连续性方程
非平衡体系的热力学函数是时间t 和空间坐标r的函数，若认为体 系是连续介质，则所有的热力学量对于体系的一切时、空点均存 在并且连续。
体系的广延量可分成两种 守恒量:自身即不耗散又不产生(如n,E等)； 非守恒量：自身会发生变化的量，如体系的熵。
设被研究体系的体积为V，有封闭边界Σ。设 Q是一守恒量， Q在 体系中各点的密度用ρ表示, ρ是 t和 r 的函数：
于是有
s J s t
该式称为熵平衡方程。注意它不同于一般的守恒定律，因为方程 的右边多了一项熵产生率 。
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• 以上 两个假设结合起来，便是局域平衡假说。
也就是说，如果将系统分成许多子系 统，并且这些子系统满足如下条件： ① 体积足够小，使得其中的物质可以 作为均匀物质来处理； ② 同时这些微体积内包含的微观粒子 要足够多，使得经典热力学的统计处理仍然适 用； ③ 距离平衡态不远，即不均匀性不大。 满足上述三个条件时，我们可将局部 区域的子系统看作是平衡的，这便是局域平衡 的概念。
二、非平衡热力学状态函数
1、广延参数的表示
对于满足局域平衡的系统，我们仍可以用经 典热力学的状态函数及相互关系来描述和分析子系 统的状态。但此时广延参数应采用单位质量的比量 形式，或单位容积的密度形式，并改用小写字母表 示比量，密度用“v”表示，例如：
V dV 比容 v lim m0 m dm U dU u U 0 lim u 内能密度 V 0 V dV v
一、非平衡态体系状态的描述：
在经典热力学中，相图中的相点描述的是热力学平衡态，非平 衡态在相图中无法表示。究其原因： 平衡态只需要极少数变量就可完全确定其状态，如理想气体: 用(T,V,N)或(T,p,V) 就可完全决定确定其平衡态的性质，而 不可能确定其非平衡态的性质。
平衡体系: 强度性质在体系内部是处处相等的； 非平衡体系: 至少有一种强度性质是处处不相同的。
由1、2、3三个子系统组成一孤立系统
系统由于两个不可逆过程（导电与导热） 而产生的熵改变为：
d S d S1 d S 2 d S3
可用吉布斯方程求各子系统的熵改变
d U T dS d e pdV
同时因为 dV 0，所以
d U T dS d e 或 T dS d U d e
第四章 非平衡态热力学
（不可逆过程的热力学）
平衡态热力学回顾
一、热力学第一定律
dE = Q－ W (1) 式中：E：体系的内能；Q：热量；W：功。 对于孤立体系，有： dE=0 (E为恒量) 对于一般体系，因为体系与环境间存在能量的交换，故内能E 的值是不断变动的，体系内能的变化可以分为两项： diE：体系内部过程所引起的内能变化； deE：与环境的交换引起的内能变化。 而diE相当于孤立体系的内能的变化，由热力学第一定律，孤 立体系的内能是恒定的： diE 0 (2)
deS为体系与环境所交换的熵，其符号可正，可负，可为零。
过程的耦合：
熵是一个广度性质，若将一个体系划分为几个部分，则体系的 总熵应为各部分熵变的总和： diS=(diS)j (6) 若把每个小部分视为一个小的体系，其内部的熵变均不会小于 零： (diS)j 0 故对于任何体系，不论将体系如何划分，均不可能出现下列情 况： (diS)1 0 (diS)2 0 [di(S1+S2)] 0 即体系的任一局部，其熵的内部变化(diS)均遵守熵增定律。
式中为电势，e是电荷。
d S d S1 d S 2 d S3 ( d U ) ( d U ) d e ( ) d e [ ] [ ] T T T T T dU dU d e T T T T
其中
1/ v
为质量密度。
2、强度参数的表示 相应地强度参数也用比量表示，例如：
u T ( )v S
u p ( ) S v
3、非平衡态热力学研究的问题
根据局域平衡假设与非平衡热力学函数，非 平衡态热力学可以对如下问题进行研究。 一是用熵变率来描述系统中发生的种种不可 逆过程； 二是研究不可逆过程中存在的相互干扰、被 称为耦合的现象并将其定量化； 最后，给出系统非平衡态的稳定性条件。 下面我们用一个温差电现象的例子予以说明。
但是，若同一体系中同时发生两种过程，如两个化学反应，各 自引起的熵变为diS(1), diS(2)，则下列情况是可能的：
diS(1) 0 diS(2) 0 [diS(1)＋diS(2)] 0
这种情况称为过程的耦合。
注意：过程的耦合必定发生在同一体系中； 或体系的某同一区域内。
04.1 非平衡态热力学基础
热力学第一定律可以更一般地表述为：
diE=0 deE=dE=Q－W
二、热力学第二定律
(3)
与对内能的处理相类似，将体系的熵变分为两部分：
dS=diS＋deS (4) diS: 体系内部的熵变； deS: 因熵流引起的体系的熵变。
diS相当于孤立体系的熵变，由热力学第二定律：
diS 0
(5)
如：恒温下向真空膨胀的理想气体是一典型的非平衡体系，在 膨胀过程中，虽然体系处处的温度相等，但体性质。
局域平衡假说
非平衡体系在宏观上一般处于运动和变化之中，体系内部是不 均匀的，其强度性质，如T，p等，在体系的不同区域往 往具有不同的数值。为了能对非平衡体系的状态给予准确 地描述，有必要引入以下假设： 对于总体上为非均匀的热力学非平衡体系，若将其分割成 无数个小的区域，则每个小的区域内的性质(如T,p等)可 以认为是近乎均匀的。假设把某小区域与其周围的体系隔 离开来，在刚隔离开的时刻t，此小区域仍处于非平衡态， 但经过极短时间dt之后，这个小区域内的分子便达到平衡 分布，即可认为此区域达到热力学平衡，故可给出此小区 域的所有热力学函数，并假定这套热力学量可以用来描述 此局域在时刻t的热力学状态。
以上所述即为局域平衡假设。
• 局域平衡假设与实际情况是有差距的：被隔离开来的局域 虽然很小，但在时刻 t 它尚未处于平衡态，只有在t+dt 时刻 之后，局域才达到内部平衡，此时才能用热力学函数去描 述其状态。故假设的t+dt 时刻的平衡态和实际的t时刻所具 有的非平衡态之间一定存在着差距。可以认为：每个局域 均极其微小，在每一瞬间，局域的分子实际分布情况都非 常接近于平衡分布，因此，t时刻与t+dt时刻的性质的差别 非常微小，以致可以忽略不计。 • 为了描述非平衡体系的状态，还需假设：由局域平衡假设 得到的热力学量，相互之间仍然满足平衡体系状态函数之 间的热力学关系，即平衡态的全部热力学方程式与关系式 对于局域平衡体系同样适用。