10.6 准静态过程在线视频

同学好

很高兴再次见面

后面的热力学这部分 将由我来讲授

这节我们先讲 准静态过程

假设 系统变化过程中的每一个状态

它都是平衡态的话

我们就说 这是准静态过程

那这里面 这个过程 它是指系统状态的变化

而这里面平衡态呢

前面我们学过

它是指不受影响的时候

系统的宏观性质 不随时间改变

那一方面 准静态过程是变化的

另一方面

它又是不随时间改变的平衡态

这听起来矛盾 是吧

但其实不然

这里面我们说的 每一个状态都是平衡态

这些个平衡态 都不是相同的平衡态

在准静态过程当中

其实是 接连不断的从一个平衡态

变化到另一个平衡态

那么从一个平衡态 变化到另一个平衡态的过程

那显然是非平衡态啊

那作为一个理想模型

我们通常忽略它

我们假设这个准静态过程

是一个接一个的平衡态连接起来的

下面 我们举例来说明这个准静态过程

第一个例子是 气体压缩的这么一个过程

这是一个气缸 里面装有气体

假如我无限缓慢的 压缩这个活塞

或者是 我让这里面的气体 无限缓慢的膨胀

推这个活塞

那这个时候呢

这里面的气体 在每一个状态都接近平衡态

所以 这是一个准静态过程 没有问题

但是实际过程总是在有限时间内完成的

不可能是无限缓慢

那什么时候我们可以用准静态过程

来近似这个实际过程呢

这是基于下面这么一个实验事实

假设有一个平衡态

它受到了扰动 它当然变到了非平衡态

你撤去扰动呢 过不了多久

这个非平衡态就恢复到这个平衡态

恢复的时间 我们就叫做弛豫时间

举个例子说 我在这个屋子里面

我扇动这个气体

那当然气体就会流动

我停下来等一会儿 这个气体又恢复平静

又恢复到平衡态

那这个是要花一定时间的

这个时间就是弛豫时间

假如我们刚才 对这个气体的压缩

或者刚才膨胀的这个时间t

远远大于气体恢复平衡态的弛豫时间的话

那么这个时候 这里面的气体

它有足够的时间 使得每一个状态 都是平衡态

这时候当然可以把这个过程 看做是准静态过程

再看下一个传热的例子

假设有个系统

它的温度是T1

现在我们想办法 让这个系统吸热

或者放热 都是一样的

在这里面 我们以吸热为例

它吸热 变成T2这个过程

什么时候它应该是准静态过程呢

先假设 我们让这个系统

和温度T2的这个热库接触

什么叫热库呢

热库就是一个很大的系统

它的温度一直保持恒定

你比如说 一个大的湖水 温度是20多度

你往那里面 扔几块冰块

等冰块融化以后

等一会 这湖水的温度会改变吗

它不会的 是吧

那这个湖 就是一个大的热库

现在我们让这个系统T1

和这个热库 温度T2 接触

那么它们之间就会有热交换

这个系统 从这个热库吸热 慢慢的温度提高

最后和热库这个温度平衡

它就变成温度T2了

但是这个升温的过程

它不是这个准静态过程

为什么呢

因为这个系统和这个热库接触的时候

接触点当然和这个热库的温度一样的T2

可是没有接触的那个地方呢

它的温度还是T1

所以在系统内部 就会形成温度梯度

那当然 它不会是平衡态 对吧

所以你这样直接接触的方法

让这个系统温度升高 它不是准静态过程

那什么样的情况 它才是准静态过程呢

我们这样做

我们让这个系统

它的温度当然是T1了

先跟比它温度高一点 高一个ΔT

这个ΔT是很小的一个量

高一点的一个热库接触

那么它从这个热库 当然是吸热啊

可是这个温差是很小的

它很快就达到平衡

系统就变成了T1+ΔT

那么因为这个温差是非常小的

所以你可以近似的认为

这个系统 在这个过程当中 它处于平衡态

下一步 我们再让这个系统 和另一个热库接触

另一个热库的温度

又比刚才那个热库 温度高一点 高一个ΔT

那么现在这个系统的温度已经变成T1+ΔT了

所以它和这个热库之间的温差

还是一个小量ΔT

那么它从它这 吸热的过程

你近似的可以认为 这个系统是处于平衡态的

这样我们一个接一个的

和温度高一点的这个热库接触

直到最终和这个温度为T2的这个热库接触

那么这个系统 最后就变成了

温度为T2的一个系统

这样的一个吸热过程

因为在每一个吸热的过程 它都近似处于平衡态

所以它是一个准静态过程

由于在吸热过程当中

系统和热库之间的温差 差一个很小的量

几乎是一样的

我们有时候把它叫做等温吸热过程

所以等温吸热过程 是准静态过程

我们有时候 把系统变化的过程 画在P-V图上

这里面P 就表示系统的压强

V是系统的体积

对于气体来说

一般这个压强总是大于0的

体积当然也是大于0的

所以 这个状态一般只出现在

这个P-V图的第一个象限上

如果你在这个第一象限上 有一点

那它就是一个平衡态

就是那一点参量所对应的那个平衡态

如果这个系统不是平衡态 是非平衡态的话

你在这个P-V图上 没有位置

你不可能点上点

为什么呢

假如说一个系统是非平衡态

它的压强各处都是不均的

你用哪一点的压强 来代表这个系统的压强呢

当然这时候你没有办法

所以 非平衡态在这上面是没有位置的

那么在P-V图上 我们还可以画一些曲线

由于曲线都是由点连接成的

而这上面的点 又代表平衡态

所以这些曲线 其实就代表准静态过程

最常见的

这里面 比如说 像这样的一条直线

因为压强是一样的

我们把它叫做 等压准静态过程

对这个呢 是等容准静态过程

假如说沿着这个曲线变化过程

系统的温度不变的话

我们就说 这是等温准静态过程

像这样 闭合曲线

我们把它叫做 准静态循环过程

好 这节内容就讲到这儿 谢谢