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在学习了热力学
第一和第二基本假设之后
我们就可以准确地
确定系统的唯一稳定平衡态了
我们定义
系统从一个稳定的平衡态
到另外一个
稳定平衡态的变化过程
为热力学过程
在实验中
当系统从一个平衡态
变化到另一个平衡态时
我们需要改变至少一个基本性质
比如说
改变温度 改变体积等等
我们呢可以通过两个办法
来实现状态的变化
一是系统与环境
通过界面发生相互作用
比如说传热 施加压力
物质进入或者离开等等
另外一个是
我们可以通过改变
系统的内部约束条件
比如说在室温条件下
恒定体积 摩尔比为2:1的
氢气和氧气是可以和平共存的
但是
如果我将某种催化剂放入系统中
氢气和氧气是可以反应生成水的
我们放入了催化剂
就是改变了系统的内部约束条件
系统从平衡态的气体混合物
变成了
平衡态的水和水蒸气的混合物
既然通过外界环境
或者内部约束条件的变化
都可以导致系统状态发生了变化
那么就涉及了
这个热力学变化的途径问题
也就是说
热力学状态随时间变化的问题
这样的变化途径
千变万化 多种多样
但是 我们在热力学中所关心的
是一种似稳态途径
或者叫作准静态途径
它指的是
系统所经历的变化途径中
所经历的每一个中间状态
均是热力学的稳定平衡态
这样的途径就是似稳态途径
或者说是准静态途径
需要强调一下
似稳态途径
和我们后面所要学习的
可逆途径并不等同
似稳态途径只需要保持途径中
每一个热力学状态
是稳定的平衡态即可
而可逆途径则
不仅仅要求稳定平衡态
而且要求
系统和环境均不能发生变化
下面我们通过一个具体的案例
来了解一下似稳态途径
我们构建这样一个实验装置
在一个绝热活塞将2bar的气体
封闭在一个绝热的气缸之中
活塞通过销栓将其固定
外界的大气的压力为1bar
活塞与壁面之间不产生摩擦
这样当我们突然将活塞拔出
然后固定在新的位置2的时候
气缸里的气体会推动着活塞
迅速达到位置2 然后停止下来
这时气缸中的气体压力
介于1和2bar之间
在这个过程中
活塞与气缸壁之间没有摩擦
这个热力学过程是似稳态过程吗
显然
气体的突然膨胀过程
存在着压力梯度
如果我们在气缸上
加一个
灵敏度足够高的压力表的话
我们是可以检测到这个压力梯度
因此它并不是稳态
所涉及的过程
自然也不是似稳态过程了
如何让这个过程
成为一个似稳态过程呢
我们可以在活塞上面
加上足够重量的沙子
让气缸中的气体缓慢的膨胀
在膨胀的过程中
沙子不断的落下以降低重量
维持气缸内的气体与外界的沙子
和大气压的平衡
保证极其微小的压力差
保证气缸中的气体
始终处于平衡状态
这样的过程就是似稳态过程了
再次强调
这个过程是似稳态过程
但不是可逆过程
因为环境
主要是沙子发生了变化
-前言1-本MOOC课程简介
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-前言2-课程内容
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-前言3-热力学所解决的问题
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-前言4-热力学问题研究方法
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-前言5-假设的研究方法
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-前言6-课程目标、教材和致谢
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-A. 热力学历史
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-本章内容概述
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-系统、环境与边界
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-测量
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-系统的状态
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-热力学第一基本假设
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-热力学第二基本假设
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-热力学过程
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-符号与单位
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-功
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-绝热功
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-热力学第三基本假设与能量
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-热
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-热力学第四基本假设与总结
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-Homework 1--作业
-理想气体及其基本性质
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-封闭系统热力学第一定律
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-封闭系统热力学第一定律应用案例
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-开放系统热力学第一定律
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-开放系统热力学第一定律案例分析
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-2.热力学第一定律--Homework 2
-本章内容概述
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-热力学第二定律的引出——第三基本假设
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-热机和兰金热机
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-可逆性
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-可逆热机和热力学温度
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-克劳修斯定理
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-熵
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-热力学基本关系式
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-流动系统的可逆功
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-热力学第二定律
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-小结
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-Homework3
--公告
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-Homework3--作业
-本章内容概述
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-吉布斯坐标下的热力学基本关系式
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-热力学基本关系式的图形表示
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-欧拉定理
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-热力学基本关系式的积分形式
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-题外话
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-勒让德变换
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-任意坐标下的热力学基本关系式
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-吉布斯自由能的二阶偏导
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-获取不可测量性质
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-非简单系统热力学基本关系式
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-平衡态的定义
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-极值定理
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-平衡态-熵表达式
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-平衡态-能量表达式
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-平衡态-其余表达式
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-膜分离平衡
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-本章内容概述
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-系统的亚稳态
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-系统稳定性的数学表达形式
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-系统的稳定性判据
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-系统稳定性判据的应用
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-平衡/稳定/临界状态的实际应用
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-相平衡的实际应用
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-伴有反应相平衡的实际应用
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-小结
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-考题
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-考题--作业
