§4.1.1准静态过程

• 这种不能确切地描述的非平衡态的变化过程常以一条 随意画的虚线表示。 p
p2 i
A
p1
V1
f
V2 V
准静态过程:
准静态过程是一个进行得无限缓慢，以致系统连 续不断地经历着一系列平衡态的过程。
准静态过程是不可能达到的理想过程，但我们 可尽量趋近它。
• 对通常的实际过程而言，我们只要求准静态过程的状 态变化是足够缓慢即行，
•而在实际过程中的“满足”常常是有一定程度的近似 的。
只要系统内部各部分间(或系统与外界间) 的压
强差△p、温度差△T ，以及同一组分在各处的 分子数密度之间的差异△n ,
分别满足 △p << p，△T << T, △n << n ,
就可认为系统已分别满足力学、热 学、化学 平衡条件了。
• 实际上我们不易测出系统内部各部分的压强、温度及
其浓度，为此我们必须引入一个新的物理量 。
• 利用这个物理量就可判断任一实际过程是否满足准静 态的条件，这个物理量就是弛豫时间。
• 其它如在等温等压条件下氧气与氮气互扩散过程中 所经历的任一中间状态，氮气与氧气的成分都处处不 均匀，
•可称该系统不满足化学平衡条件，它经历每一个中 间状态都不是平衡态，因而是非准静态过程。
又如两种液体相互混合、固体溶解于水、渗透等过 程都是不满足化学平衡条件的非准静态过程。
•既然准静态过程要求经历的每一个中间状态都 是平衡态，故只有系统内部各部分之间及系统 与外界之间都始终同时满足力学、热学、化学 平衡条件的过程才是准静态过程。
• 而缓慢是否足够的标准是弛豫时间。 • 下面举一例说明非准静态过程与准静态过程的区别。
从活塞上移走砝码的实验:
图示：活塞上移走非常小砝码有wenku.baidu.com种方法.
（1）全部砝码水平地移到右搁板上，
由于活塞上方所施力突然减少一定数值，活塞将迅速 推向上，多次振动后活塞稳定在某一高度，这就是 (Ⅱ)。
（2）先后移走一个
该过程是否是准静态过程 ?
由于在热传导过程中， 固体温度处处不同，它不满
足热学平衡条件 ， 因而经过的每一个中间状
温度T固体
态都不是平衡态，故该过
程不是准静态过程。
T0温度热源
要使物体温度从 T1 变为 T0 过程是准静态的，应
要求任一瞬时，物体中各部分间温度差均在非常小
ΔT 范围之内。
要求ΔT << T ，其中 T 为这一瞬时物体平均温度。
• 例如可采用一系列温度彼此相差 ΔT 的恒温热源， 这些热源的温度从 T1 逐步增加到 T0 ,使物体依次与
一系列热源接触。
T1 T1 T T1 2T
T0 T T0
一系列热源，其温度依次递增ΔT 并且ΔT <<T0
在这样的过程中，中间经历的每一个状态都可认为 是平衡态，因而整个过程可认为是准静态过程。
§4.1 可逆与不可逆过程
§4.1.1准静态过程
• 在§1.2 讲到，系统达到平衡态后，它的状态可在
状态图上以一个点表示。只要媒质状态不变，系统状 态也不会变。 • 但是一旦外界条件变化，系统平衡态必被破坏，以 后系统在外界决定的新条件下达到新的平衡。
一种理想的状态变化过程是，外界的状态参量每次只
作一微小变化，
只有当系统达到平衡态后，外界才作下一个微小变化，
直到系统最后达到终态 f ( 平衡态 )。
• 在状态图上表示就是如图中从 i- B- f 这一系列点
所联结成的实线。
p
p2 i
B
A
f
p1
V1
V2 V
实际的变化过程:
• 实际变化过程中，往往新平衡态尚未达到，外界已发 生下一步变化，
• 因而系统经历一系列非平衡态。
个砝码，并且只有新 平衡态建立以后才移 走下一个砝码,就是 （Ⅲ）。
显然，只要每次压强变化 Δp = mg / A << p ，且
变化足够缓慢， (I)→(Ⅲ)的过程可看作准静态过程,
与此相反， (I)→(Ⅱ)的过程为非准静态过程。
热量传递的准静态过程:
例2：热量传递过程中有类似问题。
• 把一温度为T 的固体与一温度为T0 的恒温热源接触，