Равновесный процесс
Равнове́сный тепловой процесс — тепловой процесс, в котором система проходит непрерывный ряд бесконечно близких равновесных термодинамических состояний.
Равновесный тепловой процесс называется обратимым, если его можно провести обратно и в телах, окружающих систему, не останется никаких изменений.
Реальные процессы изменения состояния системы всегда происходят с конечной скоростью, поэтому не могут быть равновесными. Реальный процесс изменения состояния системы будет тем ближе к равновесному, чем медленнее он совершается, поэтому равновесные процессы называют квазистатическими.
Количественный критерий равновесности/неравновесности процесса тот же, что и для обратимых процессов: мерилом служит возникновение энтропии — эта величина равна нулю при отсутствии неравновесных процессов в термодинамической системе и положительна при их наличии[1][2].
Примеры равновесных процессов
- Изотермический процесс, при котором температура системы не изменяется (T=const)
- Изохорный процесс, происходящий при постоянном объёме системы (V=const)
- Изобарный процесс, происходящий при постоянном давлении в системе (P=const)
- Адиабатический процесс, проходящий без теплообмена, поэтому при неизменной энтропии в системе (S=const)
Терминологические замечания
Понятийный аппарат, используемый в том или ином руководстве по классической термодинамике, существенным образом зависит от системы построения/изложения данной дисциплины, используемой автором конкретного пособия. Последователи Р. Клаузиуса строят/излагают термодинамику как теорию обратимых процессов[3], последователи К. Каратеодори — как теорию квазистатических процессов[4], а последователи Дж. У. Гиббса — как теорию равновесных состояний и процессов[5][6]. Ясно, что, несмотря на применение различных описательных дефиниций идеальных термодинамических процессов — обратимых, квазистатических и равновесных, — которыми оперируют упомянутые выше термодинамические аксиоматики, в любой из них все построения классической термодинамики имеют своим итогом один и тот же математический аппарат. Де-факто это означает, что за пределами чисто теоретических рассуждений, то есть в прикладной термодинамике, термины «обратимый процесс», «равновесный процесс» и «квазистатический процесс» рассматривают как синонимы[7]: всякий равновесный (квазистатический процесс) процесс является обратимым, и наоборот, любой обратимый процесс является равновесным (квазистатическим)[8][9][10].
Примечания
- Зубарев Д. Н. Производство энтропии // Физическая энциклопедия, т. 4, 1994, с. 137.
- Пригожин И., Дефэй Р., Химическая термодинамика, 2009, с. 58.
- Второе начало термодинамики, 2012, с. 71—158.
- Каратеодори К., Об основах термодинамики, 1964.
- Петров Н., Бранков Й., Современные проблемы термодинамики, 1986, с. 63—78.
- Tisza L., Generalized Thermodynamics, 1966.
- Новиков И. И., Термодинамика, 2009, с. 28.
- Зубарев Д. Н. Квазистатический процесс // Физическая энциклопедия, т. 2, 1990, с. 261—262.
- Зубарев Д. Н. Обратимый процесс // Физическая энциклопедия, т. 3, 1992, с. 383.
- Равновесный процесс // Физическая энциклопедия, т. 4, 1994, с. 197.
Литература
- Tisza Laszlo. Generalized Thermodynamics. — Cambridge (Massachusetts) — London (England): The M.I.T. Press, 1966. — xi + 384 p. (недоступная ссылка)
- Каратеодори К. Об основах термодинамики // Развитие современной физики : Сборник статей под ред. Б. Г. Кузнецова. — 1964. — С. 188—222. (недоступная ссылка)
- Карно С., Клаузиус, Р., Томсон У. (лорд Кельвин) и др. Второе начало термодинамики / Под ред. А. К. Тимирязева. — 4-е изд. — М.: Либроком, 2012. — 312 с. — (Физико-математическое наследие: физика (термодинамика и статистическая механика)). — ISBN 978-5-397-02688-8.
- Новиков И. И. Термодинамика. — 2-е изд., испр. — СПб.: Лань, 2009. — 592 с. — (Учебники для вузов. Специальная литература). — ISBN 978-5-8114-0987-7. (недоступная ссылка)
- Петров Н., Бранков Й. Современные проблемы термодинамики. — Пер. с болг. — М.: Мир, 1986. — 287 с. (недоступная ссылка)
- Пригожин И., Дефэй Р. Химическая термодинамика / Пер. с англ. под ред. В. А. Михайлова. — 2-е изд.. — М.: Бином. Лаборатория знаний, 2009. — 533 с. — (Классика и современность. Естествознание). — ISBN 978-5-9963-0201-7.